DE102019003534A1 - Temperature control device for an energy store - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung (10) für einen Energiespeicher (102), mit mindestens einer thermoelektrischen Einrichtung (14), welche mindestens eine erste und eine zweite Wärme-Austauschfläche (16, 18) aufweist, wobei eine zweite Wärme-Austauschfläche (18) so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung (14) über die zweite Wärme-Austauschfläche (18) mit einem an der thermoelektrischen Einrichtung (14) vorbeigeführten Wärmeaustausch-Fluid (22) in konvektivem Wärmeaustausch steht.The invention relates to a temperature control device (10) for an energy store (102), with at least one thermoelectric device (14) which has at least a first and a second heat exchange surface (16, 18), with a second heat exchange surface (18) is arranged so that the thermoelectric device (14) is in convective heat exchange via the second heat exchange surface (18) with a heat exchange fluid (22) passed past the thermoelectric device (14).
Description
Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung für einen Energiespeicher, mit mindestens einer thermoelektrischen Einrichtung, welche mindestens eine erste und eine zweite Wärme-Austauschfläche aufweist, wobei eine zweite Wärme-Austauschfläche so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung über die zweite Wärme-Austauschfläche mit einem an der thermoelektrischen Einrichtung vorbeigeführten Wärmeaustausch-Fluid in konvektivem Wärmeaustausch steht.The invention relates to a temperature control device for an energy store, with at least one thermoelectric device, which has at least a first and a second heat exchange surface, wherein a second heat exchange surface is arranged so that the thermoelectric device via the second heat exchange surface with a the thermoelectric device passed heat exchange fluid is in convective heat exchange.
Ferner betrifft die Erfindung ein Energiespeichersystem mit einem Energiespeicher, welcher mehrere elektrisch leitfähig miteinander verbundene Speicherzellen umfasst, und einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des Energiespeichers, wobei die Speicherzellen des Energiespeichers in einem oder mehreren Speicherzellenbereichen der Temperiereinrichtung angeordnet sind.The invention also relates to an energy storage system with an energy storage device comprising a plurality of electrically conductively connected storage cells, and a temperature control device for temperature control of the energy storage device, the storage cells of the energy storage device being arranged in one or more storage cell areas of the temperature control device.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einem Energiespeichersystem, welches dazu eingerichtet ist, dem elektrischen Antrieb elektrische Energie bereitzustellen.In addition, the invention relates to a vehicle with an electric drive and an energy storage system which is set up to provide the electric drive with electrical energy.
Moderne wiederaufladbare Energiespeicher sind innerhalb eines vergleichsweise engen Temperaturbereichs zu betreiben, um einen Leistungsabfall und einen Kapazitätsverlust zu vermeiden. Darüber hinaus können wiederaufladbare Energiespeicher durch den Betrieb außerhalb eines vorgesehenen Temperaturbereichs beschädigt werden. Auch die Lebensdauer sowie die Ladezeiten wiederaufladbarer Energiespeicher sind in erheblichen Maße von der Betriebstemperatur abhängig.Modern rechargeable energy storage devices must be operated within a comparatively narrow temperature range in order to avoid a drop in performance and a loss of capacity. In addition, rechargeable energy storage devices can be damaged by operation outside of an intended temperature range. The service life and the charging times of rechargeable energy stores are also dependent to a considerable extent on the operating temperature.
Um wiederaufladbare Energiespeicher innerhalb des vorgesehenen Temperaturbereichs betreiben zu können, werden Temperiereinrichtungen eingesetzt, über welche die Energiespeicher im Betrieb gekühlt und/oder erwärmt werden können.In order to be able to operate rechargeable energy stores within the intended temperature range, temperature control devices are used, via which the energy stores can be cooled and / or heated during operation.
Aus dem Stand der Technik bekannte Temperiereinrichtungen setzen dabei beispielsweise ausschließlich auf eine Konvektionstemperierung, bei welcher der wiederaufladbare Energiespeicher mit einer Fluidströmung beaufschlagt wird, um eine Kühlung oder Erwärmung des Energiespeichers umzusetzen. Da bei der Temperierung leistungsfähiger Energiespeicher vergleichsweise große Wärmemengen abzutransportieren sind, erfordern entsprechende Temperierlösungen den Einsatz leistungsstarker Lüfter. Derartige Lüfter weisen üblicherweise einen hohen Energieverbrauch auf und verursachen im Betrieb einen hohen Geräuschpegel, wodurch die ausschließliche Konvektionstemperierung für einige Anwendungsbereiche ausscheidet. Darüber hinaus entsteht bei einer entsprechenden Temperierung eines Energiespeichers ein Temperaturgradient entlang der Speicherzellen des Energiespeichers, da die Fluidströmung entlang der zu temperierenden Speicherzellen eine Temperaturänderung erfährt.Temperature control devices known from the prior art rely exclusively on convection temperature control, in which the rechargeable energy storage device is subjected to a fluid flow in order to implement cooling or heating of the energy storage device. Since comparatively large amounts of heat have to be transported away during the temperature control of high-performance energy storage devices, corresponding temperature control solutions require the use of powerful fans. Such fans usually have a high energy consumption and cause a high level of noise during operation, which means that exclusive convection temperature control is ruled out for some areas of application. In addition, with a corresponding temperature control of an energy store, a temperature gradient arises along the storage cells of the energy store, since the fluid flow undergoes a temperature change along the storage cells to be tempered.
In einem alternativen Temperieransatz werden thermoelektrische Einrichtungen verwendet, deren Wärme-Austauschflächen zur Umsetzung einer Kontakttemperierung wärmeleitend mit dem Energiespeicher zu verbinden sind. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, eine Abführluftströmung an den gegenüberliegenden Wärme-Austauschflächen der thermoelektrischen Einrichtungen entlang zu führen, um einen Wärmeabtransport von den thermoelektrischen Einrichtungen zu realisieren. Da die Leistungszahl entsprechender thermoelektrischer Einrichtungen üblicherweise kleiner 1 ist, ist die abzuführende Wärme an den thermoelektrischen Einrichtungen regelmäßig höher als die von dem Energiespeicher abzuführende Wärme. Zur Erzeugung geeigneter Abführluftströmungen sind somit ebenfalls äußerst leistungsfähige Lüfter erforderlich, welche einen hohen Energieverbrauch und einen hohen Geräuschpegel mit sich bringen. Bei der Kontakttemperierung mit thermoelektrischen Einrichtungen kommt es außerdem häufig zu lokalen Temperierunterschieden an den Speicherzellen, da die Größe der Kontaktfläche zwischen den einzelnen Speicherzellen und den thermoelektrischen Einrichtungen teilweise voneinander abweicht.In an alternative temperature control approach, thermoelectric devices are used whose heat exchange surfaces are to be connected to the energy store in a thermally conductive manner in order to implement contact temperature control. In this context, it is known to guide a discharge air flow along the opposite heat exchange surfaces of the thermoelectric devices in order to carry out heat removal from the thermoelectric devices. Since the coefficient of performance of corresponding thermoelectric devices is usually less than 1, the heat to be dissipated at the thermoelectric devices is usually higher than the heat to be dissipated by the energy store. In order to generate suitable exhaust air flows, extremely powerful fans are therefore also required, which involve high energy consumption and a high noise level. In the case of contact temperature control with thermoelectric devices, there are also often local temperature control differences at the storage cells, since the size of the contact area between the individual storage cells and the thermoelectric devices sometimes deviates from one another.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, die Temperierung von Energiespeichern zu verbessern, ohne dabei den bei der Speichertemperierung erzeugten Geräuschpegel zu erhöhen.The object on which the invention is based is thus to improve the temperature control of energy stores without increasing the noise level generated during the storage temperature control.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Temperiereinrichtung der eingangs genannten Art, wobei eine erste Wärme-Austauschfläche so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung über die erste Wärme-Austauschfläche mit dem Energiespeicher in konduktivem Wärmeaustausch steht, und die zweite Wärme-Austauschfläche außerdem so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des dort vorbeigeführten Wärmeaustausch-Fluids zuvor zusätzlich in konvektivem Wärmeaustausch mit dem Energiespeicher gewesen ist.The object is achieved by a temperature control device of the type mentioned above, a first heat exchange surface being arranged in such a way that the thermoelectric device is in conductive heat exchange with the energy store via the first heat exchange surface, and the second heat exchange surface is also arranged in this way that at least part of the heat exchange fluid passed there was previously additionally in convective heat exchange with the energy store.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die Kombination einer Konvektionstemperierung und einer Kontakttemperierung Energiespeicher besonders energieeffizient und geräuscharm temperiert werden können.The invention makes use of the knowledge that through the combination of convection temperature control and contact temperature control, energy storage devices can be temperature controlled in a particularly energy-efficient and low-noise manner.
Das Wärmeaustausch-Fluid kann ein Gas oder ein Gasgemisch, beispielsweise Luft, oder eine Flüssigkeit sein. Im Heizbetrieb der Temperiereinrichtung ist die erste Wärme-Austauschfläche eine Heizfläche und die zweite Wärme-Austauschfläche eine Wärmezuführfläche. Im Kühlbetrieb der Temperiereinrichtung ist die erste Wärme-Austauschfläche eine Kühlfläche und die zweite Wärme-Austauschfläche eine Wärmeabführfläche. Der Energiespeicher kann ein wiederaufladbarer und/oder elektrochemischer Energiespeicher sein.The heat exchange fluid can be a gas or a gas mixture, for example air, or a liquid. In the heating mode of the temperature control device, the first heat exchange surface is one Heating surface and the second heat exchange surface a heat supply surface. In the cooling mode of the temperature control device, the first heat exchange surface is a cooling surface and the second heat exchange surface is a heat dissipation surface. The energy store can be a rechargeable and / or electrochemical energy store.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung kann ein konduktiver Wärmeaustausch direkt durch unmittelbare Berührung der beteiligten Komponenten untereinander oder indirekt unter Zwischenschaltung wärmeleitender Elemente wie Metallschichten oder Wärmeleitpasten ermöglicht sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein konvektiver Wärmeaustausch direkt durch unmittelbare Berührung des Wärmeaustausch-Fluids mit den beteiligten Komponenten oder indirekt unter Zwischenschaltung von Wärmetauschern, Kühlblechen, Wärmeverteilplatten, Oberflächenvergrößerern oder Bauelementen zur Reduktion von thermischen Übergangswiderständen oder Korrosion ermöglicht sein.In a preferred embodiment of the temperature control device according to the invention, a conductive heat exchange can be made possible directly by direct contact between the components involved or indirectly with the interposition of thermally conductive elements such as metal layers or thermally conductive pastes. Alternatively or additionally, a convective heat exchange can be made possible directly through direct contact of the heat exchange fluid with the components involved or indirectly with the interposition of heat exchangers, cooling plates, heat distribution plates, surface enlargers or components to reduce thermal contact resistance or corrosion.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung ist eine oder sind mehrere thermoelektrische Einrichtungen dazu eingerichtet, mit der ersten Wärme-Austauschfläche wärmeleitend mit zumindest einer Speicherzelle des Energiespeichers verbunden zu werden. Vorzugsweise umfasst die Temperiereinrichtung einen oder mehrere Wärmetauschkörper und die zweite Wärme-Austauschfläche der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen ist jeweils wärmeleitend mit einem Wärmetauschkörper verbunden ist.In a further development of the temperature control device according to the invention, one or more thermoelectric devices are set up to be connected to at least one storage cell of the energy store in a thermally conductive manner by the first heat exchange surface. The temperature control device preferably comprises one or more heat exchange bodies and the second heat exchange surface of the one or more thermoelectric devices is in each case connected to a heat exchange body in a thermally conductive manner.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung einen oder mehrere Speicherzellenbereiche, welche dazu eingerichtet sind, Speicherzellen des Energiespeichers aufzunehmen. Vorzugsweise weist die Temperiereinrichtung eine Fluidführeinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, das Wärmeaustausch-Fluid zum Wärmeaustausch durch einen Speicherzellenbereich sowie entlang eines Wärmetauschkörpers und/oder durch einen Wärmetauschkörper zu leiten. Anders als die im Stand der Technik bekannten Temperiereinrichtungen wird das Wärmeaustausch-Fluid zunächst zur Konvektionstemperierung der Speicherzellen durch den Speicherzellenbereich geleitet, bevor ein Wärmeaustausch mit der zweiten Wärme-Austauschfläche der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen erfolgt, wobei die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtungen für eine zusätzliche Kontakttemperierung am Energiespeicher sorgen. Durch die kombinierte Konvektions- und Kontakttemperierung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung wird außerdem ein Temperaturgradient entlang der zu temperierenden Speicherzellen des Energiespeichers vermieden oder zumindest erheblich verringert. Etwaige Temperierunterschiede an den Speicherzellen aufgrund von unterschiedlichen Kontaktflächengrößen zwischen den Speicherzellen und der einen oder den mehreren thermoelektrischen Einrichtungen werden durch das Wärmeaustausch-Fluid, welches durch den einen oder die mehreren Speicherzellenbereiche geleitet wird, ausgeglichen oder zumindest erheblich reduziert.In another embodiment, the temperature control device according to the invention comprises one or more storage cell areas which are set up to accommodate storage cells of the energy store. The temperature control device preferably has a fluid guide device which is set up to guide the heat exchange fluid for heat exchange through a storage cell area and along a heat exchange body and / or through a heat exchange body. In contrast to the temperature control devices known in the prior art, the heat exchange fluid is first passed through the storage cell area for convection temperature control of the storage cells, before heat is exchanged with the second heat exchange surface of the one or more thermoelectric devices, with the one or more thermoelectric devices ensure additional contact temperature control on the energy storage device. The combined convection and contact temperature control of the temperature control device according to the invention also avoids or at least significantly reduces a temperature gradient along the storage cells of the energy store to be temperature controlled. Any temperature differences in the storage cells due to different contact area sizes between the storage cells and the one or more thermoelectric devices are compensated or at least significantly reduced by the heat exchange fluid that is passed through the one or more storage cell areas.
Die erste Wärme-Austauschfläche der thermoelektrischen Einrichtung kann über eine Wärmeverteileinrichtung wärmeleitend mit den Speicherzellen des Energiespeichers verbunden sein. Die Wärmeverteileinrichtung kann eine oder mehrere Wärmeverteilplatten und/oder Wärmeleitpaste umfassen.The first heat exchange surface of the thermoelectric device can be connected to the storage cells of the energy store in a thermally conductive manner via a heat distribution device. The heat distribution device can comprise one or more heat distribution plates and / or thermal paste.
Insbesondere ist die Temperiereinrichtung als Temperiereinheit ausgebildet, in welche die Speicherzellen des Energiespeichers einsetzbar oder integrierbar sind. Insbesondere weist die Temperiereinrichtung ein Außengehäuse auf, wobei der eine oder die mehreren Speicherzellenbereiche für die Speicherzellen des Energiespeichers innerhalb des Außengehäuses angeordnet sind. Die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtungen können als Peltierelemente ausgebildet sein oder jeweils ein oder mehrere Peltierelemente umfassen. Die Temperiereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Energiespeicher zu kühlen und/oder zu erwärmen.In particular, the temperature control device is designed as a temperature control unit into which the storage cells of the energy store can be used or integrated. In particular, the temperature control device has an outer housing, the one or more storage cell areas for the storage cells of the energy store being arranged within the outer housing. The one or more thermoelectric devices can be designed as Peltier elements or each comprise one or more Peltier elements. The temperature control device can be set up to cool and / or heat the energy store.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist die Fluidführeinrichtung einen Verteilerkanal auf, welcher eine Fluideinlassöffnung und eine oder mehrere Fluidauslassöffnungen aufweist. Das Wärmeaustausch-Fluid ist über die eine oder die mehreren Fluidauslassöffnungen des Verteilerkanals in einen Speicherzellenbereich einleitbar. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal dazu eingerichtet, das Wärmeaustausch-Fluid auf mehrere Einzelfluidströmungen aufzuteilen. Der Verteilerkanal der Fluidführeinrichtung kann beispielsweise als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein.In a preferred embodiment of the temperature control device according to the invention, the fluid supply device has a distribution channel which has a fluid inlet opening and one or more fluid outlet openings. The heat exchange fluid can be introduced into a storage cell area via the one or more fluid outlet openings of the distribution channel. The distribution channel is preferably set up to divide the heat exchange fluid into a plurality of individual fluid flows. The distribution channel of the fluid guide device can be designed, for example, as a plastic part, in particular as a plastic injection-molded part.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung ist die Fluideinlassöffnung an einer Stirnseite des Verteilerkanals ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine oder sind mehrere Fluidauslassöffnungen an zumindest einer Seitenfläche des Verteilerkanals ausgebildet. Die eine oder die mehreren Fluidauslassöffnungen werden vorzugsweise durch Ausnehmungen in der Seitenbewandung des Verteilerkanals gebildet. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Längsrichtung durch die Fluideinlassöffnung in den Verteilerkanal einströmt. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Querrichtung durch die eine oder die mehreren Fluidauslassöffnungen aus dem Verteilerkanal herausströmt.In a further preferred embodiment of the temperature control device according to the invention, the fluid inlet opening is formed on an end face of the distribution channel. Alternatively or additionally, one or more fluid outlet openings are formed on at least one side surface of the distributor channel. The one or more fluid outlet openings are preferably formed by recesses in the side wall of the distribution channel. The distributor channel is preferably designed and arranged in such a way that the heat exchange fluid flows into the distributor channel in the longitudinal direction through the fluid inlet opening. Preferably, the distribution channel is designed and arranged such that the heat exchange fluid in Transverse direction through which one or more fluid outlet openings flows out of the distributor channel.
Es ist außerdem eine erfindungsgemäße Temperiereinrichtung bevorzugt, bei welcher der Verteilerkanal gegenüberliegende Fluidauslassöffnungen aufweist, über welche das Wärmeaustausch-Fluid in Speicherzellenbereiche einleitbar ist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilerkanals angeordnet sind. Die Fluidauslassöffnungen sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Seitenflächen des Verteilerkanals ausgebildet und/oder werden durch Ausnehmungen in gegenüberliegenden Seitenflächen des Verteilerkanals gebildet. Der Verteilerkanal ist vorzugsweise zwischen zwei Speicherzellenbereichen der Temperiereinrichtung angeordnet.A temperature control device according to the invention is also preferred in which the distributor channel has opposite fluid outlet openings, via which the heat exchange fluid can be introduced into storage cell areas which are arranged on opposite sides of the distributor channel. The fluid outlet openings are preferably formed on opposite side surfaces of the distribution channel and / or are formed by recesses in opposite side surfaces of the distribution channel. The distribution channel is preferably arranged between two storage cell areas of the temperature control device.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist die Fluidführeinrichtung zumindest einen Umlenkkörper auf, welcher dazu eingerichtet ist, das aus einem Speicherzellenbereich herausströmende Wärmeaustausch-Fluid einem oder mehreren Wärmetauschkörpern zuzuleiten. Die Einströmrichtung des zumindest einen Umlenkkörpers weicht vorzugsweise von der Ausströmrichtung des zumindest einen Umlenkkörpers ab, sodass eine Strömungsumlenkung innerhalb des zumindest einen Umlenkkörpers umgesetzt wird. Der zumindest eine Umlenkkörper kann als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein.In another preferred embodiment of the temperature control device according to the invention, the fluid guide device has at least one deflecting body, which is set up to convey the heat exchange fluid flowing out of a storage cell area to one or more heat exchange bodies. The inflow direction of the at least one deflecting body preferably deviates from the outflow direction of the at least one deflecting body, so that a flow deflection is implemented within the at least one deflecting body. The at least one deflection body can be designed as a plastic part, in particular as a plastic injection-molded part.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung ist der zumindest eine Umlenkkörper an einer lateralen Außenseite eines Speicherzellenbereichs angeordnet. Vorzugsweise ist an einer gegenüberliegenden Außenseite des Speicherzellenbereichs der Verteilerkanal der Fluidführeinrichtung angeordnet. Somit kann das aus dem Verteilerkanal herausströmende Wärmeaustausch-Fluid nach Durchströmen des Speicherzellenbereichs in den Umlenkkörper eintreten und von dem Umlenkkörper in Richtung eines oder mehrerer Wärmetauschkörper umgelenkt werden.In another preferred embodiment of the temperature control device according to the invention, the at least one deflecting body is arranged on a lateral outside of a storage cell area. The distribution channel of the fluid guide device is preferably arranged on an opposite outside of the storage cell area. The heat exchange fluid flowing out of the distributor channel can thus enter the deflecting body after flowing through the storage cell area and be deflected by the deflecting body in the direction of one or more heat exchange bodies.
Es ist außerdem eine erfindungsgemäße Temperiereinrichtung vorteilhaft, bei welcher der zumindest eine Umlenkkörper mehrere Fluidaustrittskanäle aufweist, wobei die Fluidaustrittkanäle jeweils dazu eingerichtet sind, das Wärmeaustausch-Fluid einem Wärmetauschkörper zuzuleiten. Vorzugsweise weist der zumindest eine Umlenkkörper eine Fluideintrittsöffnung und mehrere Fluidaustrittsöffnungen auf, wobei die Fluidaustrittsöffnungen von den Fluidaustrittskanälen bereitgestellt werden.A temperature control device according to the invention is also advantageous in which the at least one deflecting body has a plurality of fluid outlet channels, the fluid outlet channels each being set up to convey the heat exchange fluid to a heat exchange body. The at least one deflecting body preferably has a fluid inlet opening and a plurality of fluid outlet openings, the fluid outlet openings being provided by the fluid outlet channels.
In einer anderen Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung einen ersten außenliegenden Umlenkkörper und einen zweiten außenliegenden Umlenkkörper auf. Der erste außenliegende Umlenkkörper ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das aus einem ersten Speicherzellenbereich herausströmende Wärmeaustausch-Fluid einem oder mehreren Wärmetauschkörpern zuzuleiten, welche wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Austauschfläche von einer oder mehreren thermoelektrischen Einrichtungen verbunden sind, wobei diese eine oder diese mehreren thermoelektrischen Einrichtungen dazu eingerichtet sind, mit ihrer ersten Wärme-Austauschfläche wärmeleitend mit Speicherzellen innerhalb des ersten Speicherzellenbereichs verbunden zu werden. Der zweite außenliegende Umlenkkörper ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das aus einem zweiten Speicherzellenbereich ausströmende Wärmeaustausch-Fluid einem oder mehreren Wärmetauschkörpern zuzuleiten, welche wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Austauschfläche von einer oder mehreren thermoelektrischen Einrichtungen verbunden sind, wobei diese eine oder diese mehreren thermoelektrischen Einrichtungen dazu eingerichtet sind, mit ihrer ersten Wärme-Austauschfläche wärmeleitend mit Speicherzellen innerhalb des zweiten Speicherzellenbereichs verbunden zu werden. Vorzugsweise sind der erste Speicherzellenbereich und der zweite Speicherzellenbereich zwischen den beiden außenliegenden Umlenkkörpern angeordnet. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal zwischen den beiden außenliegenden Umlenkkörpern angeordnet.In another embodiment, the temperature control device according to the invention has a first outer deflecting body and a second outer deflecting body. The first external deflecting body is preferably designed to feed the heat exchange fluid flowing out of a first storage cell area to one or more heat exchange bodies which are connected in a thermally conductive manner to the second heat exchange surface of one or more thermoelectric devices, this being one or more thermoelectric devices for this purpose are designed to be connected with their first heat exchange surface in a thermally conductive manner to memory cells within the first memory cell region. The second external deflecting body is preferably set up to feed the heat exchange fluid flowing out of a second storage cell area to one or more heat exchange bodies which are connected in a thermally conductive manner to the second heat exchange surface of one or more thermoelectric devices, this being one or more thermoelectric devices are designed to be connected with their first heat exchange surface in a thermally conductive manner to memory cells within the second memory cell region. The first storage cell area and the second storage cell area are preferably arranged between the two outer deflecting bodies. The distribution channel is preferably arranged between the two outer deflecting bodies.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist die Fluidführeinrichtung einen Sammelkanal auf, welcher eine oder mehrere Fluideinlassöffnungen und eine Fluidauslassöffnung aufweist. Der Sammelkanal ist in Strömungsrichtung hinter dem einen oder den mehreren Wärmetauschkörpern angeordnet und dazu eingerichtet, das Wärmeaustausch-Fluid aus der Temperiereinrichtung herauszuleiten. Vorzugsweise ist der Sammelkanal dazu eingerichtet, mehrere Einzelfluidströmungen wieder zu einer Hauptfluidströmung zusammenzuführen, um diese Hauptfluidströmung aus der Temperiereinrichtung herauszuleiten. Der Sammelkanal der Fluidführeinrichtung ist vorzugsweise als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet.In a development of the temperature control device according to the invention, the fluid guide device has a collecting channel which has one or more fluid inlet openings and a fluid outlet opening. The collecting channel is arranged behind the one or more heat exchange bodies in the flow direction and is designed to guide the heat exchange fluid out of the temperature control device. The collecting channel is preferably set up to merge several individual fluid flows back together to form a main fluid flow in order to guide this main fluid flow out of the temperature control device. The collecting channel of the fluid guide device is preferably designed as a plastic part, in particular as a plastic injection-molded part.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung ist die eine oder sind die mehreren Fluideinlassöffnungen zumindest an einer Seitenfläche des Sammelkanals ausgebildet. Vorzugsweise ist der Sammelkanal derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Querrichtung durch die eine oder die mehreren Fluideinlassöffnungen in den Sammelkanal einströmt. Außerdem ist der Sammelkanal vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Längsrichtung durch den Sammelkanal in Richtung der Fluidauslassöffnung des Sammelkanals strömt.In another preferred embodiment of the temperature control device according to the invention, the one or more fluid inlet openings are formed at least on one side surface of the collecting channel. The collecting channel is preferably designed and arranged in such a way that the heat exchange fluid flows into the collecting channel in the transverse direction through the one or more fluid inlet openings. In addition, the collecting channel is preferably designed and arranged such that the heat exchange fluid in Flows longitudinally through the collecting channel in the direction of the fluid outlet opening of the collecting channel.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist der Sammelkanal gegenüberliegende Fluideinlassöffnungen auf, über welche das Wärmeaustausch-Fluid aus den Wärmetauschkörpern in den Sammelkanal einleitbar ist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Sammelkanals angeordnet sind. Der Sammelkanal ist vorzugsweise zwischen zwei Gruppen von Wärmetauschkörpern angeordnet. Die erste Gruppe von Wärmetauschkörpern ist vorzugsweise einer ersten Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen zugeordnet. Die erste Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen ist vorzugsweise einem ersten Speicherzellenbereich zugeordnet. Die zweite Gruppe von Wärmetauschkörpern ist vorzugsweise einer zweiten Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen zugeordnet. Die zweite Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen ist vorzugsweise einem zweiten Speicherzellenbereich zugeordnet.In a further development of the temperature control device according to the invention, the collecting duct has opposite fluid inlet openings, via which the heat exchange fluid can be introduced from the heat exchange bodies into the collecting duct, which are arranged on opposite sides of the collecting duct. The collecting channel is preferably arranged between two groups of heat exchange bodies. The first group of heat exchange bodies is preferably assigned to a first group of thermoelectric devices. The first group of thermoelectric devices is preferably assigned to a first memory cell area. The second group of heat exchange bodies is preferably assigned to a second group of thermoelectric devices. The second group of thermoelectric devices is preferably assigned to a second memory cell area.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist der eine oder weisen die mehreren Wärmetauschkörper jeweils eine oder mehrere Wärmetauschrippen, eine oder mehrere Wärmetauschlamellen und/oder einen oder mehrere Wärmetauschstifte auf. Wärmetauschrippen, Wärmetauschlamellen und Wärmetauschstifte vergrößern die Oberfläche, über welche ein Wärmeaustausch mit dem Wärmeaustausch-Fluid erfolgen kann, sodass der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustausch-Fluid und dem einen oder den mehreren Wärmetauschkörpern gesteigert wird. Der eine oder die mehreren Wärmetauschkörper können aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet sein.In a preferred embodiment of the temperature control device according to the invention, the one or more heat exchange bodies each have one or more heat exchange fins, one or more heat exchange fins and / or one or more heat exchange pins. Heat exchange fins, heat exchange fins and heat exchange pins increase the surface over which a heat exchange with the heat exchange fluid can take place, so that the heat exchange between the heat exchange fluid and the one or more heat exchange bodies is increased. The one or more heat exchange bodies can be formed from a metal or a metal alloy.
Es ist außerdem eine erfindungsgemäße Temperiereinrichtung vorteilhaft, welche zumindest einen Strömungserzeuger aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, eine Strömung des Wärmeaustausch-Fluids zu erzeugen. Der zumindest eine Strömungserzeuger kann innerhalb des Außengehäuses, an dem Außengehäuse oder entfernt von dem Außengehäuse der Temperiereinrichtung positioniert sein. Der zumindest eine Strömungserzeuger kann als Lüfter oder als Pumpe ausgebildet sein.A temperature control device according to the invention is also advantageous which has at least one flow generator which is set up to generate a flow of the heat exchange fluid. The at least one flow generator can be positioned within the outer housing, on the outer housing or away from the outer housing of the temperature control device. The at least one flow generator can be designed as a fan or as a pump.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung eine Steuerungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtungen und den zumindest einen Strömungserzeuger zu steuern. Die Steuerungseinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, wahlweise einen zeitgleichen oder einen zeitversetzten Betrieb der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen und des zumindest einen Strömungserzeugers zu veranlassen. Somit kann bei einem geringen Temperierbedarf nur eine Kontakttemperierung durch die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtung oder nur eine Konvektionstemperierung über das Wärmeaustausch-Fluid veranlasst werden. Bei einem gesteigerten Temperierbedarf können dann die Kontakttemperierung und die Konvektionstemperierung miteinander kombiniert werden.In another preferred embodiment, the temperature control device according to the invention has a control device which is set up to control the one or more thermoelectric devices and the at least one flow generator. The control device is preferably set up to selectively initiate simultaneous or time-delayed operation of the one or more thermoelectric devices and of the at least one flow generator. Thus, when there is little need for temperature control, only contact temperature control by the one or more thermoelectric devices or only convection temperature control via the heat exchange fluid can be initiated. If there is an increased need for temperature control, contact temperature control and convection temperature control can then be combined with one another.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Energiespeichersystem der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Temperiereinrichtung des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems wird auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung verwiesen. Die Speicherzellen des Energiespeichers können elektrochemische Speicherzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, sein.The object on which the invention is based is further achieved by an energy storage system of the type mentioned at the beginning, the temperature control device of the energy storage system according to the invention being designed according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages and modifications of the energy storage system according to the invention, reference is made to the advantages and modifications of the temperature control device according to the invention. The storage cells of the energy store can be electrochemical storage cells, for example lithium-ion cells.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems umfasst der Energiespeicher eine erste Gruppe von Speicherzellen und eine zweite Gruppe von Speicherzellen, wobei die erste Gruppe von Speicherzellen in einem ersten Speicherzellenbereich der Temperiereinrichtung und die zweite Gruppe von Speicherzellen in einem zweiten Speicherzellenbereich der Temperiereinrichtung angeordnet ist. Der erste Speicherzellenbereich und der zweite Speicherzellenbereich sind vorzugsweise voneinander beabstandet angeordnet.In a preferred embodiment of the energy storage system according to the invention, the energy store comprises a first group of storage cells and a second group of storage cells, the first group of storage cells being arranged in a first storage cell area of the temperature control device and the second group of storage cells being arranged in a second storage cell area of the temperature control device. The first memory cell area and the second memory cell area are preferably arranged at a distance from one another.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems ist zwischen der ersten Gruppe von Speicherzellen und der zweiten Gruppe von Speicherzellen und/oder zwischen dem ersten Speicherzellenbereich und/oder dem zweiten Speicherzellenbereich ein Verteilerkanal der Fluidführeinrichtung der Temperiereinrichtung angeordnet. Insbesondere ist an einer lateralen Außenseite der ersten Gruppe von Speicherzellen ein erster Umlenkkörper der Fluidführeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist an einer lateralen Außenseite der zweiten Gruppe von Speicherzellen ein zweiter Umlenkkörper der Fluidführeinrichtung angeordnet.In another preferred embodiment of the energy storage system according to the invention, a distribution channel of the fluid supply device of the temperature control device is arranged between the first group of storage cells and the second group of storage cells and / or between the first storage cell area and / or the second storage cell area. In particular, a first deflecting body of the fluid guide device is arranged on a lateral outside of the first group of storage cells. A second deflecting body of the fluid guide device is preferably arranged on a lateral outside of the second group of storage cells.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Fahrzeug der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Energiespeichersystem des erfindungsgemäßen Fahrzeugs nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist oder eine Temperiereinrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird auf die Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems und auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung verwiesen.The object on which the invention is based is also achieved by a vehicle of the type mentioned at the outset, the energy storage system of the vehicle according to the invention being designed according to one of the embodiments described above or comprising a temperature control device according to one of the embodiments described above. With regard to the advantages and modifications of the vehicle according to the invention, reference is made to Advantages and modifications of the energy storage system according to the invention and reference is made to the advantages and modifications of the temperature control device according to the invention.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einer schematischen Darstellung; -
2 Speicherzellen eines Energiespeichers eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einer schematischen Darstellung; -
3 Wärmetauschkörper einer erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung in einer schematischen Darstellung; -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einer teilweisen Explosionsdarstellung; -
5 das in der4 abgebildete Energiespeichersystem in einer weiteren Explosionsdarstellung; -
6 die Strömungswege eines Wärmeaustausch-Fluids durch ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem; und -
7 einen Verteilerkanal einer erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung in einer perspektivischen Darstellung.
-
1 an embodiment of the energy storage system according to the invention in a schematic representation; -
2 Storage cells of an energy store of an energy storage system according to the invention in a schematic representation; -
3 Heat exchange body of a temperature control device according to the invention in a schematic representation; -
4th a further embodiment of the energy storage system according to the invention in a partial exploded view; -
5 that in the4th energy storage system shown in a further exploded view; -
6th the flow paths of a heat exchange fluid through an energy storage system according to the invention; and -
7th a distribution channel of a temperature control device according to the invention in a perspective view.
Die
Die Temperiereinrichtung
Die Temperiereinrichtung
Bei der dargestellten Temperiereinrichtung
Die
Nach Durchströmen der Speicherzellenbereiche
Die
In Strömungsrichtung hinter den Wärmetauschkörpern
Die
Die Fluidführeinrichtung
Der Verteilerkanal
Die Umlenkkörper
Der Umlenkkörper
Der Sammelkanal
Die Wärmetauschkörper
Die
Die
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- TemperiereinrichtungTemperature control
- 12, 12a, 12b12, 12a, 12b
- SpeicherzellenbereicheMemory cell areas
- 1414th
- thermoelektrische Einrichtungenthermoelectric devices
- 1616
- erste Wärme-Austauschflächefirst heat exchange surface
- 1818th
- zweite Wärme-Austauschflächesecond heat exchange surface
- 20, 20a, 20b20, 20a, 20b
- WärmetauschkörperHeat exchanger body
- 2222nd
- Wärmeaustausch-FluidHeat exchange fluid
- 2424
- FluidführeinrichtungFluid supply device
- 2626th
- VerteilerkanalDistribution channel
- 28a, 28b28a, 28b
- UmlenkkörperDeflection body
- 3030th
- SammelkanalCollecting duct
- 32a, 32b32a, 32b
- AbdeckungenCovers
- 3636
- Abdeckungcover
- 3838
- FluideinlassöffnungFluid inlet port
- 40a, 40b40a, 40b
- FluidauslassöffnungenFluid outlet openings
- 42a, 42b42a, 42b
- FluideinlassöffnungenFluid inlet openings
- 4444
- FluidauslassöffnungFluid outlet port
- 4646
- WärmeverteileinrichtungHeat distribution device
- 48a, 48b48a, 48b
- Fluidaustrittskanäle Fluid outlet channels
- 100100
- EnergiespeichersystemEnergy storage system
- 102102
- EnergiespeicherEnergy storage
- 104a, 104b104a, 104b
- SpeicherzellenStorage cells
Claims (17)
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