DE102018217298A1 - Battery thermal management system for hybrid and all-electric vehicles using a heating condenser - Google Patents

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Guillaume Hébert
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Abstract

Ein Batterie-Wärmemanagement-System, das ein Batteriepack, einen Wärmetauscher, der Fluidverbindung mit dem Batteriepack steht, eine Pumpe, die zwischen dem Wärmetauscher und dem Batteriepack zwischengeschaltet ist, um ein Wärmetauschfluid in einem Kühlkreislauf zwischen einem Wärmetauscher und dem Batteriepack strömen zu lassen, umfasst. Ein Heizkondensator ist bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromabwärts vom Batteriepack und bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Wärmetauscher angeordnet. Ein Ventil ist im Kühlkreislauf bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Heizkondensator angeordnet. Das Ventil steuert wenigstens einen Teil des Flusses des Wärmetauschfluids durch den Heizkondensator und/oder den Wärmetauscher.

Figure DE102018217298A1_0000
A battery thermal management system comprising a battery pack, a heat exchanger in fluid communication with the battery pack, a pump interposed between the heat exchanger and the battery pack for flowing a heat exchange fluid in a refrigeration cycle between a heat exchanger and the battery pack, includes. A heating condenser is arranged upstream of the heat exchanger with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit downstream of the battery pack and with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit. A valve is arranged in the cooling circuit with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit upstream of the heating condenser. The valve controls at least a portion of the flow of the heat exchange fluid through the heating condenser and / or the heat exchanger.
Figure DE102018217298A1_0000

Description

Querverweis zu verwandten AnwendungenCross reference to related applications

Diese Patentanmeldung beansprucht den Vorteil aus der vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 62/571,564 , eingereicht am 12. Oktober 2017. Die gesamte Offenlegung der obigen Anmeldung wird hier als Referenz aufgenommen.This patent application claims the benefit of the provisional US Patent Application No. 62 / 571,564 , filed October 12, 2017. The entire disclosure of the above application is incorporated herein by reference.

FachgebietArea of Expertise

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batterie-Wärmemanagement-System, insbesondere auf ein Wärmemanagement-System für ein Hybridfahrzeug und ein Elektrofahrzeug, wobei das Wärmemanagement-System einen Heizkondensator beinhaltet.The present invention relates to a battery thermal management system, and more particularly to a thermal management system for a hybrid vehicle and an electric vehicle, the thermal management system including a heating condenser.

Hintergrundbackground

Hybrid-elektrische Fahrzeuge und elektrische Fahrzeuge verwenden Motoren um das Fahrzeug anzutreiben. Die Batterie ist so konfiguriert, dass sie eine elektrische Ladung speichert, die auch zum Betreiben anderer Fahrzeugkomponenten verwendet werden kann. In hybrid-elektrischen Fahrzeugen, bei denen das Fahrzeug durch einen batteriebetriebenen Motor angetrieben wird, verringert sich die Notwendigkeit einen internen Verbrennungsmotor zu betreiben. Eine verringerte Inbetriebnahme des internen Verbrennungsmotors erhöht die Treibstoffsparsamkeit des Fahrzeugs, was erstrebenswert ist.Hybrid electric vehicles and electric vehicles use motors to power the vehicle. The battery is configured to store an electrical charge that may also be used to operate other vehicle components. In hybrid electric vehicles, where the vehicle is powered by a battery-powered engine, the need to operate an internal combustion engine is reduced. A reduced startup of the internal combustion engine increases the fuel economy of the vehicle, which is desirable.

Eine effiziente Anwendung der Batterie ist erstrebenswert und maximiert die Distanz, die das Fahrzeug durch den Motor angetrieben werden kann. Es ist erstrebenswert die Batterie in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu halten, um optimale Leistung und Effizienz der Batterie zu erreichen. Dies kann durch ein Kühlungssystem erreicht werden. Drei Haupttechnologien werden typischerweise verwendet, um ein solches Kühlsystem darzustellen: Luftkühlung, Klimaanlagen-Kältemittelkühlung oder Flüssigkeitskühlung.Efficient use of the battery is desirable and maximizes the distance that the vehicle can be powered by the engine. It is desirable to maintain the battery within a predetermined temperature range to achieve optimum battery performance and efficiency. This can be achieved by a cooling system. Three main technologies are typically used to represent such a cooling system: air cooling, air conditioning refrigerant cooling, or liquid cooling.

Derzeit verwenden die meisten Batteriekühlsysteme ein Kühlmittel als Kühleinrichtung. Wärmeenergie, die der Batterie entzogen wird, wir typischerweise sofort durch den Hauptkühler des Fahrzeugs an die umliegende Umgebung diffundiert. Als Beispiel zeigt 1 ein Batterie Kühlsystem aus dem Stand der Technik. 1 zeigt ein Batterie-Wärmemanagement-System 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Batterie-Wärmemanagement-System 1 beinhaltet ein Batteriepack 2, einen Kühler oder Wärmetauscher 3 und eine Pumpe 4, verbunden durch einen Kühlkreislauf 5. Das Kühlmittel wird mit einer Pumpe 4 durch einen Kühlkreislauf 5 zirkuliert, um Wärme vom Batteriepack 2 an das Kühlmittel und von dem Kühlmittel an den Kühler 3 abzugeben. Luft wird mit einem Gebläse 6 durch den Kühler 3 geleitet. Die Wärme, die an den Kühler 3 abgegeben wurde, wird an die Luft, die durch den Kühler geblasen wird, abgegeben und mittels der Luft zerstreut.Currently, most battery cooling systems use a coolant as a cooling device. Heat energy removed from the battery is typically diffused immediately through the vehicle's main radiator to the surrounding environment. As an example shows 1 a battery cooling system of the prior art. 1 shows a battery thermal management system 1 according to the prior art. The battery thermal management system 1 includes a battery pack 2 , a cooler or heat exchanger 3 and a pump 4 connected by a cooling circuit 5 , The coolant is pumped 4 through a cooling circuit 5 circulates to heat from the battery pack 2 to the coolant and from the coolant to the radiator 3 leave. Air comes with a blower 6 through the radiator 3 directed. The heat attached to the radiator 3 is discharged, is discharged to the air, which is blown through the radiator, and scattered by the air.

Allerdings verlangt eine ungleichmäßige Wärmelast des Kühlkreislaufs 5 des Batteriepacks 2 einen übergroßen Kühler 3, ein übergroßes Gebläse 6, und eine übergroße Pumpe 4, um der Wärmelast bei einer höchsten Wärmeerzeugung des Batteriepacks 2 entgegenzuwirken. Auf Grund dieser Überdimensionierung des Gebläses und der Pumpe 4, ist der Energieverbrauch durch das Gebläse 6 und die Pumpe 4 höher als nötig, was zur Folge hat, dass das Fahrzeug weniger effizient ist.However, it requires an uneven heat load of the cooling circuit 5 of the battery pack 2 an oversized cooler 3 , an oversized blower 6 , and an oversized pump 4 to the heat load at a maximum heat generation of the battery pack 2 counteract. Due to this oversizing of the blower and the pump 4 , is the energy consumption by the blower 6 and the pump 4 higher than necessary, with the result that the vehicle is less efficient.

Folglich, ist es erstrebenswert ein Batterie-Wärmemanagement-System zu haben, das einen Heizkondensator beinhaltet, wodurch Wärmelastspitzen des Kühlers minimiert werden und so die Größe des Kühlers minimiert wird.Consequently, it is desirable to have a battery thermal management system that includes a heating condenser, thereby minimizing thermal load peaks of the radiator and thus minimizing the size of the radiator.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

In Übereinstimmung und abgestimmt mit der vorliegenden Erfindung, wurde überraschenderweise ein Batterie-Wärmemanagement-System, das einen Wärmekondensator beinhaltet, entdeckt, wodurch Wärmelastspitzen des Kühlers minimiert werden und die Größe des Kühlers minimiert wird.In accordance with and consistent with the present invention, a battery thermal management system incorporating a thermal condenser has surprisingly been discovered, thereby minimizing thermal peak loads on the radiator and minimizing the size of the radiator.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, beinhaltet ein Batterie-Wärmemanagement-System ein Batteriepack, einen Wärmetauscher in Fluidverbindung mit dem Batteriepack, eine Pumpe, die zwischen dem Wärmetauscher und dem Batteriepack angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass ein Wärmetauschfluid in einem Kühlkreislauf zwischen dem Wärmetauscher und dem Batteriepack strömt. Ein Heizkondensator ist bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromabwärts vom Batteriepack und in Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Wärmetauscher angeordnet. Ein Ventil ist im Kühlkreislauf in Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids (Kühlmittels) stromaufwärts vom Heizkondensator angeordnet. Das Ventil steuert wenigstens einen Anteil des Kühlmittelstroms durch den Heizkondensator und/oder den Wärmetauscher.According to one embodiment of the invention, a battery thermal management system includes a battery pack, a heat exchanger in fluid communication with the battery pack, a pump disposed between the heat exchanger and the battery pack to allow a heat exchange fluid in a refrigeration cycle between the heat exchanger and the battery pack flows. A heating condenser is arranged upstream of the heat exchanger with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit downstream of the battery pack and in the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit. A valve is arranged in the cooling circuit in the flow direction of the heat exchange fluid (coolant) upstream of the heating condenser. The valve controls at least a portion of the coolant flow through the heating condenser and / or the heat exchanger.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, beinhaltet ein Batterie-Wärmemanagement-System einen Kühlkreislauf, der ein Wärmetauschfluid fördert. Der Kühlkreislauf umfasst ein Batteriepack, einen Wärmetauscher, ein Ventil, einen Heizkondensator und eine Pumpe in Fluidverbindung miteinander. Der Heizkondensator ist bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Wärmetauscher und stromabärts vom Batteriepack und dem Ventil angeordnet. Eine Bypasskreis erstreckt sich vom Ventil zu einem Verzweigungspunkt auf halberstrecke zwischen Heizkondensator und Wärmetauscher, wobei der Bypasskreis den Heizkondensator umgeht.According to another embodiment of the invention, a battery thermal management system includes a refrigeration cycle that promotes a heat exchange fluid. The refrigeration cycle includes a battery pack, a heat exchanger, a valve, a heating condenser and a pump in fluid communication with each other. The heating condenser is upstream of the heat exchanger with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit and downstream of the battery pack and the valve. A bypass circuit extends from the valve to a branch point halfway between the heating condenser and the heat exchanger, the bypass circuit bypassing the heating condenser.

Gemäß einer noch weiteren Ausführung der Erfindung, umfasst ein Batterie-Wärmemanagement-System einen Kühlkreislauf, der ein Wärmetauschfluid fördert. Der Kühlkreislauf umfasst ein Batteriepack, einen Wärmetauscher, ein Ventil und eine Pumpe in Fluidverbindung miteinander. Das Ventil ist bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Wärmetauscher und stromabwärts vom Batteriepack angeordnet. Ein zweiter Kreislauf erstreckt sich vom Ventil ausgehend und zurück zum Ventil. Der zweite Kreislauf umfasst einen Heizkondensator.According to yet another embodiment of the invention, a battery thermal management system includes a refrigeration cycle that promotes a heat exchange fluid. The refrigeration cycle includes a battery pack, a heat exchanger, a valve and a pump in fluid communication with each other. The valve is located upstream of the heat exchanger and downstream of the battery pack with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit. A second circuit extends from the valve and back to the valve. The second circuit comprises a heating condenser.

Figurenlistelist of figures

Die obigen Aufgaben und Vorteile der Erfindung, sowie weiteres, werden dem Fachmann durch Studium der folgende detaillierten Beschreibungen einer Ausführung der Erfindung, unter Bezugnahme der beigelegten Zeichnungen leicht ersichtlich, in denen:

  • 1 ein schematisches Kreislaufdiagram eines Batterie-Wärmemanagement-Systems, gemäß dem Stand der Technik ist;
  • 2 ein schematisches Kreislaufdiagram eines Batterie-Wärmemanagement-Systems, gemäß einer Ausführung der Erfindung ist;
  • 3 ein schematisches Kreislaufdiagram eines Batterie-Wärmemanagement-Systems darstellt, gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist, wobei ein Heizkondensator umgangen und nicht verwendet wird; und
  • 4 ein schematisches Kreislaufdiagram eines Batterie-Wärmemanagement-Systems wie in 3 ist, wobei der Heizkondensator nicht umgegangen wird und in Gebrauch ist.
The above objects and advantages of the invention, as well as others, will become readily apparent to those skilled in the art upon reading the following detailed description of an embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawings, in which:
  • 1 a schematic circuit diagram of a battery thermal management system, according to the prior art;
  • 2 FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a battery thermal management system according to an embodiment of the invention; FIG.
  • 3 Fig. 3 is a schematic circuit diagram of a battery thermal management system according to another embodiment of the invention wherein a heating condenser is bypassed and not used; and
  • 4 a schematic circuit diagram of a battery thermal management system as in 3 is, wherein the heating capacitor is not handled and is in use.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGDETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT

Die folgende detaillierte Beschreibung und angehängten Zeichnungen beschreiben und illustrieren verschiedene beispielhafte Ausführungen der Erfindung. Die Beschreibungen und Zeichnungen dienen dazu, dem Fachmann zu ermöglichen von der Erfindung Gebrauch zu machen und sollen die Idee der Erfindung in keiner Weise limitieren.The following detailed description and attached drawings describe and illustrate various exemplary embodiments of the invention. The descriptions and drawings are intended to enable those skilled in the art to make use of the invention and are not intended to limit the idea of the invention in any way.

2 zeigt ein Batterie-Wärmemanagement-System 10 eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführung der Erfindung. Das Batterie-Wärmemanagement-System 10 beinhaltet ein Batteriepack 12, einen Kühler oder Wärmetauscher 13, eine Pumpe 14, einen Heizkondensator 17, ein Ventil 18 verbunden durch einen Kühlkreislauf 100. Der Kühlkreislauf 100 beinhaltet ein Wärmetauschfluid, das durch diesen strömt. Beispielsweise ist das Wärmetauschfluid ein Kühlmittel. Jedoch, wird davon ausgegangen, dass die Wärmetauschfluid jegliches Wärmetauschfluidt sein kann, wie ein Kältemittel oder Wasser ohne vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. 2 shows a battery thermal management system 10 a vehicle according to an embodiment of the invention. The battery thermal management system 10 includes a battery pack 12 , a cooler or heat exchanger 13 , a pump 14 , a heating condenser 17 , a valve 18 connected by a cooling circuit 100 , The cooling circuit 100 includes a heat exchange fluid flowing therethrough. For example, the heat exchange fluid is a coolant. However, it is believed that the heat exchange fluid may be any heat exchange fluid, such as a refrigerant or water, without departing from the scope of the disclosure.

Das Batteriepack 12 kann eine Batterie oder eine Mehrzahl an Batterien beinhalten. Das Batteriepack 12 ist als eine wieder beladbare Batterie oder eine Mehrzahl von wieder beladbaren Batterien (siehe 3-4) konfiguriert, die elektrische Energie an einen Motor (nicht abgebildet) eines Fahrzeugs bereitstellt, um das Fahrzeug anzutreiben. Das Batteriepack 12 bedient zudem weitere Systemkomponenten (nicht abgebildet) innerhalb des Fahrzeugs mit elektrischer Energie, beispielsweise Lichter, Instrumente und andere Kontrollsysteme. Es wird davon ausgegangen, dass jeglicher Batterietyp verwendet werden kann ohne dadurch von der Idee der Erfindung abzuweichen. Das Batteriepack 12 beinhaltet typischerweise ein Gehäuse (nicht abgebildet), das die Batterie oder die Mehrzahl an Batterien umschließt. Der Kühlkreislauf 100 steht durch Wärmetausch mit dem Batteriepack 12 in Verbindung, um Wärme vom Batteriepack 12 an das Wärmetauschfluid im Kühlkreislauf 100 zu übertragen. Das Wärmetauschfluid zirkuliert durch den Kühlkreislauf 100 mittels einer Pumpe 14. Die Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf 100 ist mit Pfeilen angedeutet.The battery pack 12 may include one battery or a plurality of batteries. The battery pack 12 is as a rechargeable battery or a plurality of rechargeable batteries (see 3-4 ), which provides electrical power to an engine (not shown) of a vehicle to drive the vehicle. The battery pack 12 also operates other system components (not shown) within the vehicle with electrical energy, such as lights, instruments and other control systems. It is believed that any type of battery may be used without departing from the spirit of the invention. The battery pack 12 typically includes a housing (not shown) that encloses the battery or the plurality of batteries. The cooling circuit 100 stands by heat exchange with the battery pack 12 in contact to heat from the battery pack 12 to the heat exchange fluid in the cooling circuit 100 transferred to. The heat exchange fluid circulates through the cooling circuit 100 by means of a pump 14 , The flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit 100 is indicated by arrows.

Das Ventil 18 ist bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids stromabwärts des Batteriepacks 12, und in Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids stromaufwärts des Heizkondensators 17angeordnet. Das Ventil 18 steuert den Fluss des Wärmetauschfluids durch den Heizkondensator 17 und eine Baypassschleife 102. Das Ventil 18 öffnet und schließt wahlweise den Fluss des Wärmetauschfluids durch die Bypassschleife 102. Innerhalb des ersten Betriebsmodus 20 des Fahrzeugs öffnet das Ventil 18 den Fluss des Wärmetauschfluids durch die Bypassschleife 102 und leitet den Fluss des Wärmetauschfluids um den Heizkondensator 17 herum. Während eines zweiten Betriebsmodus des Fahrzeuges, wie während eines Betriebs bei dem die Last auf die Batterie hoch ist oder bei dem ungleichförmige Wärmespitzen durch das Batteriepack 12 erzeugt werden, schließt das Ventil 18 den Fluss des Wärmetauschfluids durch die Bypassschleife 102 und erlaubt dem Wärmetauschfluid den Heizkondensator 17 zu durchströmen. In einem anderen Beispiel wird davon ausgegangen, dass innerhalb eines dritten Betriebsmodus das Ventil 18 den Fluss des Wärmetauschfluids durch die Bypassschleife 102 als auch durch den Wärmekondensator 17 ermöglicht. Es wird davon ausgegangen, dass das Ventil 18 jeglicher Ventiltyp sein kann, beispielsweise ein Dreiwegeventil oder ein Vierwegeventil. Eine Steuerung, ein Solenoid, oder ein Aktuator (nicht gezeigt), ist so konfiguriert, dass die Position des Ventils 18 eingestellt werden kann, um die Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids zwischen dem Heizkondensator 17 und der Bypassschleife 102 zu steuern.The valve 18 is downstream of the battery pack with respect to the flow direction of the heat exchange fluid 12 , and arranged in the flow direction of the heat exchange fluid upstream of the heating capacitor 17. The valve 18 controls the flow of the heat exchange fluid through the heating condenser 17 and a Baypass loop 102 , The valve 18 optionally opens and closes the flow of heat exchange fluid through the bypass loop 102 , Within the first operating mode 20 the vehicle opens the valve 18 the flow of heat exchange fluid through the bypass loop 102 and directs the flow of the heat exchange fluid around the heating condenser 17 around. During a second mode of operation of the vehicle, such as during an operation in which the load on the battery is high or in the non-uniform heat peaks through the battery pack 12 be generated closes the valve 18 the flow of heat exchange fluid through the bypass loop 102 and allows the heat exchange fluid the heating condenser 17 to flow through. In another example, it is assumed that within a third operating mode the valve 18 the flow of heat exchange fluid through the bypass loop 102 as well as through the heat condenser 17 allows. It is assumed that the valve 18 any Valve type may be, for example, a three-way valve or a four-way valve. A controller, solenoid, or actuator (not shown) is configured to position the valve 18 can be adjusted to the flow direction of the heat exchange fluid between the heating capacitor 17 and the bypass loop 102 to control.

Die Bypassschleife 102 verlässt den Kühlkreislauf 100 bei dem Ventil 18 und kehrt in den Kühlkreislauf 100 am Verzweigungspunkt 104 zurück, welcher bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühler 13 stromabwärts vom Heizkondensator 17 angeordnet ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Bypassschleife 102 den Kühlkreislauf 100, je nach Bedarf, an anderen Stellen des Kühlkreislaufs 100 verlassen und in diesen zurückkehren kann, um den Heizkondensator 17 zu umgehen.The bypass loop 102 leaves the cooling circuit 100 at the valve 18 and returns to the cooling circuit 100 at the branch point 104 back, which with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the radiator 13 downstream of the heating condenser 17 is arranged. It is assumed that the bypass loop 102 the cooling circuit 100 as needed, elsewhere in the cooling circuit 100 leave and be able to return to this to the heating condenser 17 to get around.

Der Heizkondensator 17 beinhaltet einen Wärmetauscher, der so konfiguriert ist, dass Wärme zwischen dem Wärmetauschfluid und einem Phasenwechselmaterial (PCM) ausgetauscht werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass der Wärmetauscher nach Bedarf jegliche Art von Wärmetauscher sein kann. Das Phasenwechselmaterial ist typischerweise eine Substanz mit hoher Schmelzenthalpie, wobei das Schmelzen und Verfestigen bei einer bestimmten Temperatur das Speichern und Freisetzen von großen Mengen an Wärmeenergie ermöglicht. Wärmenergie wird absorbiert, wenn das Material von fester Form in flüssige Form übergeht, oder abgegeben, wenn das Material von fester Form in flüssige Form übergeht. Es wird davon ausgegangen, dass das PCM jegliches PCM sein kann, wie beispielsweise ein organisches PCM, ein anorganisches PCM, ein eutetisches Material, ein hygroskopisches Material, ein fest-fest PCM Material, oder ein anderer PCM Typ, je nach Bedarf, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen. In einer Ausführung, ist das PCM im Wärmetauscher des Wärmekondensators 17 hermetisch versiegelt und ist in Wärmeübertragungs Austausch mit dem Kühlmittel.The heating condenser 17 includes a heat exchanger configured to exchange heat between the heat exchange fluid and a phase change material (PCM). It is believed that the heat exchanger can be any type of heat exchanger as needed. The phase change material is typically a high melting enthalpy substance, where melting and solidification at a particular temperature enables the storage and release of large amounts of heat energy. Heat energy is absorbed when the material changes from solid to liquid or when the material changes from solid to liquid. It is believed that the PCM may be any PCM, such as an organic PCM, an inorganic PCM, a eutetic material, a hygroscopic material, a solid-solid PCM material, or another PCM type, as needed, without to deviate from the idea of the invention. In one version, the PCM is in the heat exchanger of the heat condenser 17 hermetically sealed and is in heat transfer exchange with the coolant.

Der Kühler 13 ist bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf 100 stromabwärts des Heizkondensators 17 angeordnet. Luft wird mittels eines Ventilators durch den Kühler 13 geleitet. Die Luft ist im Wärmeübertragungsaustausch mit dem Wärmetauschfluid im Kühler 13, um dem Wärmetauschfluid Wärme zu entziehen und Wärme vom Batterie-Wärmemanagement-System 10 abzuführen.The cooler 13 is with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit 100 downstream of the heating condenser 17 arranged. Air is passed through the radiator by means of a fan 13 directed. The air is in heat transfer communication with the heat exchange fluid in the radiator 13 to extract heat from the heat exchange fluid and heat from the battery thermal management system 10 dissipate.

In der gezeigten Ausführung, ist die Pumpe 14 bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf 100 stromabwärts des Kühlers 13 angeordnet. Die Pumpe 14 ist bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf 100 stromaufwärts des Batteriepacks 12 angeordnet. Jegliche Pumpen können verwendet werden ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen. Die Pumpe 14 veranlasst das Wärmetauschfluid durch den Kühlkreislauf 100, das Batteriepack 12, das Ventil 18, den Heizkondensator 17 oder die Bypassschleife 102, den Verzweigungspunkt 104 und den Kühler 13 zu strömen.In the embodiment shown, the pump is 14 with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit 100 downstream of the radiator 13 arranged. The pump 14 is with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit 100 upstream of the battery pack 12 arranged. Any pumps may be used without departing from the spirit of the invention. The pump 14 causes the heat exchange fluid through the cooling circuit 100 , the battery pack 12 , the valve 18 , the heating condenser 17 or the bypass loop 102 , the branch point 104 and the radiator 13 to stream.

Im Betrieb zirkuliert das Wärmetauschfluid im Batteriepack 12 um die Wärme von dort zu entziehen. Die Wärme, die vom Batteriepack 12 entzogen wurde, wird an das Wärmetauschfluid übertragen und strömt mit dem Wärmetauschfluid in das Ventil 18. Falls das Ventil 18 zum Heizkondensator 17 geöffnet ist, strömt das Wärmetauschfluid in den Heizkondensator 17, wo eine Teilmenge oder die gesamte Wärme, die vom Batteriepack 12 an das Wärmetauschfluid übertragen wurde, auf das PCM im Heizkondensator 17 übertragen wird. Das Wärmetauschfluid strömt zum Kühler 13, wo diejenige Wärme, die vom Batteriepack 12 in das Wärmetauschfluid übertragen wurde, aber nicht auf das PCM im Heizkondensator 17 übertragen wurde, von dem Wärmetauschfluid auf die Luft, die durch den Kühler bläst, übertragen wird. Die Wärme, die in die Luft übertragen wurde, wird dann abgeführt und dem Batterie-Wärmemanagement-System 10 entzogen. Umgekehrt, falls das Ventil zur Bypassschleife 102 geöffnet ist, strömt das Wärmetauschfluid durch die Bypassschleife 102 zum Kühler 13 ohne durch den Heizkondensator 17 zu strömen. Am Kühler 13, wird die Wärme vom Batteriepack 12 auf das Wärmetauschfluid übertragen und wird dann von dem Wärmetauschfluid in die Luft, die durch den Kühler 13 geblasen wird, übertragen. Die Wärme, die auf die Luft, die durch den Kühler 13 bläst, übertragen wurde, wird abgeführt und dem Batterie-Wärmemanagement-System 10 entzogen. Wie bereits oben erwähnt wurde, kann auch davon ausgegangen werden, dass das Ventil 18 so positioniert wird, dass es dem Wärmetauschfluid ermöglicht wird durch den Heizkondensator 17 und die Bypassschleife 102 zu strömen, falls erforderlich.In operation, the heat exchange fluid circulates in the battery pack 12 to remove the heat from there. The heat from the battery pack 12 is withdrawn, is transferred to the heat exchange fluid and flows with the heat exchange fluid in the valve 18 , If the valve 18 to the heating condenser 17 is opened, the heat exchange fluid flows into the heating condenser 17 where a subset or all the heat from the battery pack 12 was transferred to the heat exchange fluid, on the PCM in the heating condenser 17 is transmitted. The heat exchange fluid flows to the radiator 13 where the heat from the battery pack 12 was transferred to the heat exchange fluid, but not to the PCM in the heating condenser 17 from which heat exchange fluid is transferred to the air blowing through the radiator. The heat that has been transferred to the air is then dissipated and the battery thermal management system 10 withdrawn. Conversely, if the valve to the bypass loop 102 is opened, the heat exchange fluid flows through the bypass loop 102 to the radiator 13 without the heating capacitor 17 to stream. On the radiator 13 , the heat from the battery pack 12 is transferred to the heat exchange fluid and is then transferred from the heat exchange fluid into the air passing through the radiator 13 blown, transferred. The heat flowing to the air passing through the radiator 13 blows, transfers, is discharged and the battery thermal management system 10 withdrawn. As mentioned above, it can also be assumed that the valve 18 is positioned so that the heat exchange fluid is made possible by the heating condenser 17 and the bypass loop 102 to stream, if necessary.

3 und 4 zeigen ein abgeändertes Wärmemanagement-System, das das Ventil 18 verwendet, welches als Vierwegeventil konfiguriert ist und bei dem die Bypassschleife 102 entfällt. Das Wärmemanagement-System 100 in 3 und 4, ist grundsätzlich ähnlich zum Wärmemanagementsystem 100 in 2. Daher werden die Referenznummern, die verwendet wurden um die Komponenten des Wärmemanagement-Systems in 2 abzubilden und zu beschreiben, verwendet um dieselben oder ähnlichen Komponenten des Wärmemanagement-Systems 100 in 3-4 abzubilden und zu beschreiben. Gemäß dieser Konfiguration, ist das Ventil 18 bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf 100 stromaufwärts vom Batteriepack 12 und stromabwärts vom Kühler 13 angeordnet. Der Heizkondensator 17 ist in einem zweiten Kreislauf 106 angeordnet, der sich vom Auslass 20 des Ventils 18 für den zweiten Kreislauf erstreckt und an einem Einlass 22 des Ventils 18 für den zweiten Kreislauf zum Ventil 18 zurückkehrt. Während des zweiten Fahrzeugbetriebs, wie beispielsweise während des Betriebs bei dem die Last auf die Batterie hoch ist oder ungleichförmige Spitzen in der Wärmegenerierung durch das Batteriepack 12 entstehen, kann das Wärmetauschfluid durch das Ventil 18 strömen, durch den Einlass 26 für den Kühlkreislauf, durch das Ventil 18 und in den Heizkondensator 17, aus dem Heizkondensator 17 und zurück zum Ventil 18 und vom Ventil 18 zum Kühler 13 (wie durch gepunktete Linien in 4 gezeigt). Während des ersten Fahrzeugbetriebs, in dem es erwünscht ist, dass die Strömung direkt in den Kühler 13 geht und nicht vom Ventil durch den Heizkondensator 17, wird das Ventil 18 so eingestellt, dass es nur zum Kühler 13 hin geöffnet ist (wie durch gepunktete Linien in 3 gezeigt). Im ersten Betrieb, strömt das Wärmetauschfluid durch das Ventil 18, durch den Einlass 26 für den Kühlkreislauf und durch einen Auslass 24 für den Kühlkreislauf direkt in den Kühler 13. 3 and 4 show a modified thermal management system that the valve 18 used, which is configured as a four-way valve and where the bypass loop 102 eliminated. The thermal management system 100 in 3 and 4 , is basically similar to the thermal management system 100 in 2 , Therefore, the reference numbers that were used to identify the components of the thermal management system 2 depict and describe used around the same or similar components of the thermal management system 100 in 3-4 depict and describe. According to this configuration, the valve is 18 with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit 100 upstream from the battery pack 12 and downstream of the radiator 13 arranged. The heating condenser 17 is in one second cycle 106 arranged, extending from the outlet 20 of the valve 18 extends for the second circuit and at an inlet 22 of the valve 18 for the second circuit to the valve 18 returns. During the second vehicle operation, such as during operation in which the load on the battery is high or non-uniform peaks in the heat generation by the battery pack 12 arise, the heat exchange fluid through the valve 18 flow through the inlet 26 for the cooling circuit, through the valve 18 and in the heating condenser 17 , from the heating condenser 17 and back to the valve 18 and from the valve 18 to the radiator 13 (as indicated by dotted lines in 4 shown). During the first vehicle operation in which it is desired that the flow is directly into the radiator 13 goes and not from the valve through the heating condenser 17 , the valve becomes 18 adjusted so that it only to the radiator 13 is open (as indicated by dotted lines in 3 shown). In the first operation, the heat exchange fluid flows through the valve 18 through the inlet 26 for the cooling circuit and through an outlet 24 for the cooling circuit directly into the cooler 13 ,

Durch die Nutzung des Batterie-Wärmemanagement-Systems 10, das oben beschrieben wurde, wird die Wärme, die durch das Batteriepack 12 generiert wird, im Kühler 13 sofort abgeführt, dadurch, dass der Heizkondensator 17 umgangen wird. Jegliche ungleichförmigen Spitzen in der Wärmegenerierung durch das Batteriepack 12, können im PCM des Heizkondensators 17 aufgestaut werden, in dem die Position des Ventils 18 abgeändert wird, so dass der Fluss des Wärmetauschfluids in den Heizkondensator 17 gleitet wird. In einer Ausführung wird dies durch die Erfassung eines Temperaturanstiegs des Wärmetauschfluids und durch die Steuerung des Ventils 18 erreicht, welches den Fluss des Wärmetauschfluids in den Heizkondensator 17 erlaubt. Die überschüssige Wärme in dem Wärmetauschfluid wird auf das PCM des Heizkondensators 17 übertragen und wirkt einer Überhitzung des Kühlers 13 entgegen. Wenn die Wärmelast auf das Batterie-Wärmemanagement-System auf ein vorbestimmt gewünschtes Level nachlässt, wird die angestaute Wärme in dem PCM des Heizkondensators 17 freigesetzt und zurück auf das Wärmetauschfluid übertragen, welche dann von dem Heizkondensator 17 in den Kühler 13 strömt. Im Kühler 13 wird die Wärme von dem Wärmetauschfluid auf die Luft, die durch den Kühler 13 geblaßen wird, übertragen und abgeführt und dem Batterie-Wärmemanagement-System 10 entzogen.By using the battery thermal management system 10 As described above, the heat passing through the battery pack 12 is generated in the cooler 13 immediately dissipated, in that the heating condenser 17 is bypassed. Any non-uniform peaks in heat generation by the battery pack 12 , can in the PCM of the heating condenser 17 be dammed in which the position of the valve 18 is changed, so that the flow of the heat exchange fluid in the heating condenser 17 slides. In one embodiment, this is accomplished by sensing a temperature rise of the heat exchange fluid and controlling the valve 18 reaches, which the flow of the heat exchange fluid in the heating condenser 17 allowed. The excess heat in the heat exchange fluid is applied to the PCM of the heating condenser 17 transferred and acts to overheat the radiator 13 opposite. When the heat load on the battery thermal management system decreases to a predetermined desired level, the accumulated heat in the PCM of the heating condenser becomes 17 released and transferred back to the heat exchange fluid, which then from the heating condenser 17 in the cooler 13 flows. In the cooler 13 The heat from the heat exchange fluid is transferred to the air flowing through the radiator 13 is discharged, transmitted and discharged and the battery thermal management system 10 withdrawn.

Dementsprechend wird die Wärme, die vom Batterie-Wärmemanagement-System 10 abgegeben wird, auf einem substanziell gleichförmigen Level gehalten, was es erlaubt einen Kühler 13 zu verwenden, der in der Dimension kleiner ist im Vergleich zu Kühlern aus dem Stand der Technik. Zusätzlich erlaubt das Batterie-Wärmemanagement-System 10 die Verwendung eines kleineren Motors für den Lüfter 16, einer kleineren Pumpe 14 und eines kleineren Motors für die Pumpe 14. Diese Verkleinerung der Dimensionen minimiert die gesamte Packgröße des Batterie-Wärmemanagement-System 10, minimiert den elektrischen Energieverbrauch des Batterie-Wärmemanagement-Systems 10, minimiert den Luftwiderstand im Kühler 13, minimiert das Gesamtgewicht des Batterie-Wärmemanagement-Systems 10 und maximiert die Effizienz des Batterie-Wärmemanagement-Systems 100. Des Weiteren wird durch die Nutzung des Kühlkreislaufs 100 für die Kühlung des Batteriepacks 12 der Bedarf nach einem teureren aktiven Luftklimatisierungssystems vermieden.Accordingly, the heat generated by the battery thermal management system 10 is delivered at a substantially uniform level, which allows a cooler 13 to use, which is smaller in dimension compared to coolers of the prior art. In addition, the battery thermal management system allows 10 the use of a smaller motor for the fan 16 , a smaller pump 14 and a smaller motor for the pump 14 , This reduction in dimensions minimizes the overall pack size of the battery thermal management system 10 , minimizes the electrical energy consumption of the battery thermal management system 10 , minimizes air resistance in the radiator 13 , minimizes the overall weight of the battery thermal management system 10 and maximizes the efficiency of the battery thermal management system 100 , Furthermore, by the use of the cooling circuit 100 for cooling the battery pack 12 the need for a more expensive active air conditioning system avoided.

Anhand der vorangegangenen Beschreibung kann ein Fachmann leicht die wesentlichen Merkmale der Erfindung erkennen, ohne von dessen Gedanken und Zielsetzung abzuweichen und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen Gebrauchszwecken und Bedingungen anzupassen.From the foregoing description, one skilled in the art can readily appreciate the essential features of the invention without departing from its spirit and purpose and making various changes and modifications to the invention to suit various purposes and conditions.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 62571564 [0001]US 62571564 [0001]

Claims (20)

Ein Batterie-Wärmemanagement-System, umfassend: ein Batteriepack; einen Wärmetauscher in Fluidverbindung mit dem Batteriepack; eine Pumpe, die ein Wärmetauschfluid durch einen Kühlkreislauf zwischen Wärmetauscher und Batteriepack strömen lässt; einen Heizkondensator, der bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromabwärts vom Batteriepack und, in Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf, stromaufwärts vom Wärmetauscher angeordnet ist; und ein Ventil, das bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Heizkondensator angeordnet ist, wobei das Ventil so ausgestaltet ist, dass es zumindest einen Teil des Flusses des Wärmetauschfluids durch den Heizkondensator und/oder den Wärmetauscher steuert.A battery thermal management system comprising: a battery pack; a heat exchanger in fluid communication with the battery pack; a pump that flows a heat exchange fluid through a cooling circuit between the heat exchanger and the battery pack; a heating condenser, which is arranged downstream of the battery pack with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit and, upstream of the heat exchanger, in the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit; and a valve disposed upstream of the heating condenser with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit, the valve being configured to control at least a portion of the flow of the heat exchange fluid through the heating condenser and / or the heat exchanger. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher ein Kühler ist.The battery thermal management system after Claim 1 , wherein the heat exchanger is a radiator. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Heizkondensator ein Phasentauschmaterial beinhaltet, das so ausgestaltet ist, dass es Wärme mit dem Wärmetauschfluid, das im Heizkondensator strömt, austauscht.The battery thermal management system after Claim 1 or 2 wherein the heating condenser includes a phase change material configured to exchange heat with the heat exchange fluid flowing in the heating condenser. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, das des Weiteren eine Bypassschleife umfasst, die den Heizkondensator umgeht.The battery thermal management system of any one of the preceding claims, further comprising a bypass loop bypassing the heating condenser. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach Anspruch 4, wobei sich die Bypassschleife vom Ventil zu einem Verzweigungspunkt erstreckt, der bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromabwärts vom Heizkondensator angeordnet ist.The battery thermal management system after Claim 4 wherein the bypass loop extends from the valve to a branch point located downstream of the heating condenser with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wärmetauschfluid ein Kühlmittel ist.The battery thermal management system of any one of the preceding claims, wherein the heat exchange fluid is a coolant. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ventil ein Vierwegeventil ist.The battery thermal management system of any one of the preceding claims, wherein the valve is a four-way valve. Das Batterie-Wärmemanagement-System aus Anspruch 7, wobei der Heizkondensator in einem zweiten Kreislauf angeordnet ist, der sich vom Ventil ausgehend erstreckt und zum Ventil zurückkehrt.The battery thermal management system off Claim 7 wherein the heating condenser is arranged in a second circuit which extends from the valve and returns to the valve. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Pumpe bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Wärmetauscher und stromabwärts vom Batteriepack angeordnet ist.The battery thermal management system according to any one of the preceding claims, wherein the pump is disposed upstream of the heat exchanger and downstream of the battery pack with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the refrigeration cycle. Das Batterie-Wärmemanagement-System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Pumpe bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Batteriepack und stromabwärts vom Wärmetauscher angeordnet ist.The battery thermal management system according to any one of the preceding claims, wherein the pump is arranged with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit upstream of the battery pack and downstream of the heat exchanger. Das Batterie Wärmemanagment System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Lüfter Luft durch den Wärmetauscher leitet.The battery heat management system of any one of the preceding claims, wherein a fan directs air through the heat exchanger. Ein Batterie-Wärmemanagement-System, das umfasst: einen Kühlkreislauf, der ein Wärmetauschfluid fördert, wobei der Kühlkreislauf ein Batteriepack, einen Wärmetauscher, ein Ventil, einen Heizkondensator und eine Pumpe umfasst, die in Fluidverbindung miteinander stehen, wobei der Heizkondensator bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Heizkondensator und stromabwärts vom Batteriepack und dem Ventilangeordnet ist; und eine Bypassschleife, die sich vom Ventil zu einem Verzweigungspunkt zwischen Heizkondensator und Wärmetauscher erstreckt, wobei die Bypassschleife den Heizkondensator umgeht.A battery thermal management system comprising: a cooling circuit that conveys a heat exchange fluid, the cooling circuit comprising a battery pack, a heat exchanger, a valve, a heating condenser and a pump, which are in fluid communication with each other, wherein the heating condenser with respect to the flow direction of the heat exchange fluid in the cooling circuit upstream of the heating condenser and downstream of the battery pack and the valve is arranged; and a bypass loop extending from the valve to a branch point between the heating condenser and the heat exchanger, the bypass loop bypassing the heating condenser. Das Wärmemangement System nach Anspruch 12, wobei die Pumpe bezüglich der Strömungsrichtung desWärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromabwärts vom Wärmetauscher und stromaufwärts vom Batteriepack angeordnet ist.The heat management system after Claim 12 wherein the pump is arranged downstream of the heat exchanger and upstream of the battery pack with respect to the direction of flow of the heat exchange fluid in the cooling circuit. Das Wärmemanagement-System nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Heizkondensator ein Phasentauschmaterial beinhaltet, das so ausgestaltet ist, dass Wärme zwischen dem Wärmetauschfluid und dem Phasentauschmaterial ausgetauscht werden kann.The heat management system after Claim 12 or 13 wherein the heating condenser includes a phase change material configured to exchange heat between the heat exchange fluid and the phase change material. Das Wärmemanagement-System nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei der Wärmetauscher ein Kühler ist.The heat management system after Claim 12 . 13 or 14 , wherein the heat exchanger is a radiator. Das Wärmemanagement-System nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, wobei das Ventil wahlweise öffnet und schließt, um das Wärmetauschfluid durch die Bypassschleife und/oder den Heizkondensator zu leiten.The heat management system after Claim 12 . 13 . 14 or 15 wherein the valve selectively opens and closes to direct the heat exchange fluid through the bypass loop and / or the heating condenser. Ein Batteriemanagement System, das umfasst: einen Kühlkreislauf, durch den ein Wärmetauschfluid strömt, wobei der Kühlkreislauf ein Batteriepack, einen Wärmetauscher, ein Ventil und eine Pumpe in Fluidverbindung miteinander umfasst, wobei das Ventil bezüglich der Strömungsrichtung des Wärmetauschfluids im Kühlkreislauf stromaufwärts vom Wärmetauscher und stromabwärts vom Batteriepack angeordnet ist; und einen zweiten Kreislauf, der sich vom Ventil erstreckt und zum Ventil zurückkehrt, wobei der zweite Kreislauf einen Heizkondensator umfasst.A battery management system comprising: a refrigeration cycle through which a heat exchange fluid flows, the refrigeration cycle comprising a battery pack, a heat exchanger, a valve, and a pump in fluid communication with each other, the valve being responsive to the flow direction of the Heat exchange fluid is disposed in the cooling circuit upstream of the heat exchanger and downstream of the battery pack; and a second circuit extending from the valve and returning to the valve, the second circuit comprising a heating condenser. Ein Wärmemanagement-System nach Anspruch 17, wobei das Ventil dem Wärmetauschfluid wahlweise gestattet direkt zum Wärmetauscher oder durch den zweiten Kreislauf zu strömen.A thermal management system after Claim 17 wherein the valve optionally allows the heat exchange fluid to flow directly to the heat exchanger or through the second circuit. Das Wärmemanagement-System nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Ventil ein Vierwegeventil ist.The heat management system after Claim 17 or 18 , wherein the valve is a four-way valve. Ein Wärmemanagement-System nach Anspruch 17, 18 oder 19, wobei der Heizkondensator ein Phasentauschmaterial umfasst, das so ausgestaltet ist, dass Wärme mit dem Wärmetauschfluid ausgetauscht wird.A thermal management system after Claim 17 . 18 or 19 wherein the heating condenser comprises a phase change material configured to exchange heat with the heat exchange fluid.
DE102018217298.6A 2017-10-12 2018-10-10 Battery thermal management system for hybrid and all-electric vehicles using a heating condenser Pending DE102018217298A1 (en)

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