DE102019203303A1 - Device and method for temperature control of an electrochemical storage device and vehicle arranged in a vehicle - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird u.a. eine Vorrichtung (6) zur Temperierung eines in einem Fahrzeug (1) angeordneten elektrochemischen Speichers (3), mit zumindest einem in einen ersten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kühlmittel-Kreislaufs (8) des Fahrzeugs (1) integrierten und dem elektrochemischen Speicher (3) zugeordneten ersten Wärmetauscher (7), wobei der Kühlmittel-Kreislauf (8) mit einem bei Bedarf aktivierbaren zweiten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kältemittel-Kreislaufs (11) des Fahrzeugs (1) thermisch verbunden oder verbindbar ist. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass dem elektrochemischen Speicher (3) zusätzlich zumindest ein zweiter Wärmetauscher (17) zugeordnet ist, welcher in den besagten Kältemittel-Kreislauf (11) integriert ist.Among other things, it is proposed a device (6) for temperature control of an electrochemical storage device (3) arranged in a vehicle (1), with at least one integrated into a first temperature control medium circuit in the form of a coolant circuit (8) of the vehicle (1) and the electrochemical storage device ( 3) associated first heat exchanger (7), the coolant circuit (8) being thermally connected or connectable to a second temperature control circuit in the form of a refrigerant circuit (11) of the vehicle (1) that can be activated if required. It is advantageously provided that at least one second heat exchanger (17), which is integrated into the said refrigerant circuit (11), is additionally assigned to the electrochemical storage device (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung eines in einem Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Speichers nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 8 bzw. 9 der Erfindung betrifft dieselbe des Weiteren ein Verfahren zur Temperierung eines in einem Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Speichers. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft diese ferner ein Fahrzeug mit einer solchen Temperierungsvorrichtung.The invention relates to a device for controlling the temperature of an electrochemical store arranged in a vehicle according to the preamble of claim 1 of the invention. According to claim 8 or 9 of the invention, the same also relates to a method for temperature control of an electrochemical store arranged in a vehicle. According to claim 10 of the invention, this also relates to a vehicle with such a temperature control device.

In der jüngeren Vergangenheit werden aufgrund des ständig knapper werdenden Angebotes an Kraftstoffen für den verbrennungsmotorischen Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, große Anstrengungen unternommen, alternative Antriebsarten zur Verfügung zu stellen. Zunehmend an Bedeutung gewinnt dabei der elektromotorische Antrieb, der aus einem oder mehreren elektrochemischen Speichern, wie Batterien bzw. Akkumulatoren, mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Fahrzeug kann dabei als Elektrofahrzeug ausschließlich mittels eines oder mehrerer elektromotorischer Antriebe betrieben werden oder als sogenanntes Hybrid- oder Plug-in-Hybrid-Fahrzeug zum Antrieb sowohl einen Verbrennungsmotor als auch einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen. Durch die Fachwelt werden in immer stärkerem Maße Li-lonen-Akkumulatoren als sogenannte Traktionsbatterien respektive Antriebsbatterien favorisiert, die ihrerseits vorteilhaft keinen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung aufweisen. Ungeachtet dessen ist der Wirkungsgrad derartiger Akkumulatoren bzw. Batterien temperaturabhängig und nimmt bei niedriger Temperatur stark ab. Ferner ist festzustellen, dass im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs sowie in der Ladephase derartiger Batterien oder Batteriesysteme durch elektrische Verlustleistung in stromführenden Bauteilen Wärme in das Batteriesystem eingetragen wird, die zu einer hohen thermischen Belastung der Batterien führen kann. Durch den Betrieb der Batterie bei hohen Zellentemperaturen ist bekanntermaßen eine beschleunigte Alterung der Batteriezellen zu verzeichnen, welches mit einer verkürzten Lebensdauer des Batteriesystems einhergeht. Darüber hinaus wurde erkannt, dass auch eine inhomogene Temperatur innerhalb der Batteriezellen deren Lebensdauer verringern kann. Diese Umstände erfordern Temperierungsmaßnahmen des Batteriesystems, um einen Defekt desselben zu vermeiden und eine hohe Lebensdauer desselben zu erzielen sowie ein mittels Elektromotor angetriebenes Fahrzeug sicher betreiben und als Serienfahrzeug umsetzen zu können. Im Hinblick darauf ist es allgemein bekannt, besagtem Batteriesystem ein Temperier- bzw. Kühlsystem zuzuordnen.In the recent past, due to the constantly decreasing supply of fuels for the internal combustion engine drive of vehicles, in particular motor vehicles, great efforts have been made to provide alternative drive types. The electromotive drive, which is supplied with electrical energy from one or more electrochemical storage devices, such as batteries or accumulators, is becoming increasingly important. The vehicle can be operated as an electric vehicle exclusively by means of one or more electric motor drives or, as a so-called hybrid or plug-in hybrid vehicle, can have both an internal combustion engine and one or more electric motors to drive it. The professional world is increasingly favoring Li-ion accumulators as so-called traction batteries or drive batteries, which for their part advantageously have no memory effect and a low self-discharge. Regardless of this, the efficiency of such accumulators or batteries is temperature-dependent and decreases sharply at low temperatures. It should also be noted that when the motor vehicle is being driven and in the charging phase of such batteries or battery systems, heat is introduced into the battery system due to electrical power loss in current-carrying components, which can lead to high thermal loads on the batteries. Operating the battery at high cell temperatures is known to result in accelerated aging of the battery cells, which is associated with a shortened service life of the battery system. It was also recognized that an inhomogeneous temperature within the battery cells can also reduce their service life. These circumstances require temperature control measures of the battery system in order to avoid a defect of the same and to achieve a long service life of the same and to be able to safely operate a vehicle driven by an electric motor and implement it as a series vehicle. In view of this, it is generally known to assign a temperature control or cooling system to said battery system.

So ist es aus der DE 10 2013 213 114 A1 ein aktives Kühlsystem für einen im Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Speicher bekannt, welches fahrzeugintern einen Kühlmittel-Kreislauf sowie einen Kältemittel-Kreislauf aufweist. Unmittelbar in den Kühlmittel-Kreislauf ist der elektrochemische Speicher eingebunden, wogegen bei Bedarf an insbesondere erhöhter Kühlleistung der Kältemittel-Kreislauf aktivierbar und im Bereich eines Kondensator-Kühler-Gebläse-Moduls desselben thermisch mit dem Kühlmittel-Kreislauf verbindbar ist.So it is from the DE 10 2013 213 114 A1 an active cooling system for an electrochemical storage device arranged in the vehicle is known which has a coolant circuit and a coolant circuit inside the vehicle. The electrochemical storage device is integrated directly into the coolant circuit, whereas the refrigerant circuit can be activated if required, in particular for increased cooling capacity, and can be thermally connected to the coolant circuit in the area of a condenser-cooler-fan module.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik alternative Vorrichtung zur Temperierung eines in einem Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Speichers zu schaffen, welche etwaige erforderlichen erhöhten Temperierungsleistungen, insbesondere Kühlleistungen, ausreichend Rechnung trägt. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, hierzu ein geeignetes Verfahren zur Temperierung eines in einem Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Speichers anzugeben. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug mit einer solchen Temperierungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.The object of the invention is to create a device for temperature control of an electrochemical storage device arranged in a vehicle, which is alternative to the prior art and which takes sufficient account of any required increased temperature control performance, in particular cooling performance. A further object of the invention is to specify a suitable method for temperature control of an electrochemical storage device arranged in a vehicle. Another object of the invention is to provide a vehicle with such a temperature control device.

Ausgehend von einer Vorrichtung zur Temperierung eines in einem Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Speichers, mit zumindest einem in einen ersten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kühlmittel-Kreislaufs des Fahrzeugs integrierten und dem elektrochemischen Speicher zugeordneten ersten Wärmetauscher, wobei der Kühlmittel-Kreislauf mit einem bei Bedarf aktivierbaren zweiten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kältemittel-Kreislaufs des Fahrzeugs thermisch verbunden oder verbindbar ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass dem elektrochemischen Speicher zusätzlich zumindest ein zweiter Wärmetauscher zugeordnet ist, welcher in den besagten Kältemittel-Kreislauf integriert ist.Starting from a device for temperature control of an electrochemical store arranged in a vehicle, with at least one first heat exchanger integrated into a first temperature control medium circuit in the form of a coolant circuit of the vehicle and assigned to the electrochemical store, the coolant circuit having a coolant circuit that can be activated if required second temperature control circuit in the form of a refrigerant circuit of the vehicle is thermally connected or connectable, the object is achieved in that the electrochemical storage device is additionally assigned at least one second heat exchanger which is integrated in the said refrigerant circuit.

Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft ein Thermomanagement für den elektrochemischen Speicher mit erhöhten Temperierungsleistungen, insbesondere Kühlleistungen, ermöglicht. Da die Wärmetauscher mit unterschiedlichen Konzepten, nämlich Kühlung mittels Kühlmittel und Kühlung mittels Kältemittel betrieben werden, können auch die Vorteile beider Kühlkonzepte in bestmöglicher Weise zur Wirkung kommen. Da hohe Kühlleistungen (Nutzung beider Wärmetauscher) nur für einen geringen Teil der Nutzungsszenarien benötigt werden, insbesondere bei einem Schnellladen des elektrochemischen Speichers sowie bei hoch-dynamischer Fahrweise des Fahrzeugs, können die Effizienzvorteile der unterschiedlichen Konzepte für einen Großteil der Nutzungsszenarien genutzt werden, insbesondere bei normaler Fahrt und normalem Laden, bei denen die Kühlleistung eines der Wärmetauscher ausreichend ist.This measure advantageously enables thermal management for the electrochemical storage device with increased temperature control outputs, in particular cooling outputs. Since the heat exchangers are operated with different concepts, namely cooling by means of coolant and cooling by means of refrigerant, the advantages of both cooling concepts can also be used in the best possible way. Since high cooling capacities (use of both heat exchangers) are only required for a small part of the usage scenarios, in particular with fast charging of the electrochemical storage unit and with highly dynamic driving of the vehicle, the efficiency advantages of the different concepts can be used for a large part of the usage scenarios, especially for normal driving and normal loading, where the Cooling capacity of one of the heat exchangers is sufficient.

Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims describe preferred developments or embodiments of the invention.

Danach ist vorgesehen, dass der zumindest eine erste Wärmetauscher und der zumindest eine zweite Wärmetauscher auf verschiedenen Seiten wenigstens eines Speichermoduls oder wenigsten einer Speicherzelle des elektrochemischen Speichers angeordnet sind. Diese Anordnung resultiert aus der Erkenntnis, dass zwar bis zu einer bestimmten Kühlleistung ein einziger Wärmetauscher ausreichend ist, jedoch bei erhöhtem Kühlbedarf sich eine hohe Temperaturspreizung innerhalb des zu kühlenden elektrochemischen Speichers einstellt, um die Wärme zum einzigen Wärmetauscher zu transportieren. Diese Temperaturspreizung darf jedoch einen bestimmten Wert nicht überschreiten, um eine Schädigung des elektrochemischen Speichers zu verhindern. In Anbetracht dessen wird durch Anordnung der Wärmetauscher auf verschiedenen Seiten des wenigstens einen Speichermoduls oder der wenigstens einen Speicherzelle des elektrochemischen Speichers besagte Temperaturspreizung vorteilhaft minimiert.Accordingly, it is provided that the at least one first heat exchanger and the at least one second heat exchanger are arranged on different sides of at least one storage module or at least one storage cell of the electrochemical store. This arrangement results from the knowledge that a single heat exchanger is sufficient up to a certain cooling capacity, but when there is an increased need for cooling, a high temperature spread occurs within the electrochemical store to be cooled in order to transport the heat to the single heat exchanger. However, this temperature spread must not exceed a certain value in order to prevent damage to the electrochemical storage device. In view of this, by arranging the heat exchangers on different sides of the at least one storage module or the at least one storage cell of the electrochemical storage device, said temperature spread is advantageously minimized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der zumindest eine erste Wärmetauscher und der zumindest eine zweite Wärmetauscher auf gegenüberliegenden Seiten des wenigstens einen Speichermoduls oder der wenigstens einen Speicherzelle des elektrochemischen Speichers angeordnet, wodurch besagte Temperaturspreizung auf ein Minimum reduzierbar ist.According to a preferred embodiment of the invention, the at least one first heat exchanger and the at least one second heat exchanger are arranged on opposite sides of the at least one storage module or the at least one storage cell of the electrochemical store, whereby said temperature spread can be reduced to a minimum.

In Fortbildung der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, dass der zumindest eine in den Kühlmittel-Kreislauf integrierte erste Wärmetauscher bevorzugt außerhalb eines Gehäuses des elektrochemischen Speichers angeordnet, jedoch mit dem Gehäuse thermisch verbunden ist. Da der Kühlmittel-Kreislauf überwiegend mit Wasser oder einem Wasser-Glykol-Gemisch, also einem elektrisch leitenden Temperierungsfluid betrieben wird, ist durch diese Maßnahme wirkungsvoll verhindert, dass im Falle eines etwaigen Defektes, insbesondere einer Leckage im Kühlmittel-Kreislauf, Temperierungsfluid respektive Kühlmittel in das Gehäuse eintritt und so den elektrochemischen Speicher beschädigt oder gar zerstört.In a further development of the invention, it is further provided that the at least one first heat exchanger integrated into the coolant circuit is preferably arranged outside a housing of the electrochemical store, but is thermally connected to the housing. Since the coolant circuit is operated predominantly with water or a water-glycol mixture, i.e. an electrically conductive temperature control fluid, this measure effectively prevents the temperature control fluid or coolant from entering in the event of a possible defect, in particular a leak in the coolant circuit the housing enters and thus damages or even destroys the electrochemical storage device.

Gemäß einer praxisnahen Ausführung der Erfindung ist der zumindest eine in den Kühlmittel-Kreislauf integrierte erste Wärmetauscher an einem Gehäuseboden des Gehäuses des elektrochemischen Speichers angeordnet.According to a practical embodiment of the invention, the at least one first heat exchanger integrated into the coolant circuit is arranged on a housing base of the housing of the electrochemical storage device.

Was den zumindest einen in den Kältemittel-Kreislauf integrierten zweiten Wärmetauscher anbelangt, ist dieser bevorzugt innerhalb des Gehäuses des elektrochemischen Speichers angeordnet, weiter bevorzugt mit dem wenigstens einen Speichermodul oder der wenigstens einen Speicherzelle des elektrochemischen Speichers thermisch verbunden, wodurch eine besonders wirkungsvolle Temperierung des elektrochemischen Speichers mittels des Kältemittel-Kreislaufs ermöglicht ist. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass in diesem Fall ein Kältemittel Verwendung finden sollte, welches elektrisch nicht leitend ist.As far as the at least one second heat exchanger integrated in the refrigerant circuit is concerned, it is preferably arranged within the housing of the electrochemical storage unit, more preferably thermally connected to the at least one storage module or the at least one storage cell of the electrochemical storage unit, which enables particularly effective temperature control of the electrochemical storage unit Storage is made possible by means of the refrigerant circuit. It goes without saying for the person skilled in the art that in this case a refrigerant should be used which is not electrically conductive.

Das Verfahren zur Temperierung eines in einem Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Speichers mittels einer Vorrichtung der vorbeschriebenen Art zur Temperierung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass der elektrochemische Speicher unterhalb eines bestimmten Schwellwertes einer gemessenen Außentemperatur des elektrochemischen Speichers über den ersten Temperierungsmittel-Kreislauf gekühlt wird, wogegen bei Überschreiten des besagten Schwellwertes, der elektrochemische Speicher wenigstens über den zweiten Temperierungsmittel-Kreislauf gekühlt wird. Besagte Temperaturschwelle kann beispielsweise bei 25°C liegen, so dass bei aktuell zu verzeichnenden niedrigen Außentemperaturen < 25°C über den zumindest einen in den Kühlmittel-Kreislauf integrierten ersten Wärmetauscher gekühlt wird, wogegen bei aktuell zu verzeichnenden hohen Außentemperaturen ≥ 25°C der elektrochemische Speicher wenigstens über den zumindest einen in den Kältemittel-Kreislauf integrierten zweiten Wärmetauscher gekühlt wird.The method for temperature control of an electrochemical store arranged in a vehicle by means of a device of the type described above for temperature control is essentially characterized in that the electrochemical store is cooled below a certain threshold value of a measured outside temperature of the electrochemical store via the first temperature control medium circuit, on the other hand when said threshold value is exceeded, the electrochemical storage device is cooled at least via the second temperature control medium circuit. Said temperature threshold can be, for example, 25 ° C, so that at currently recorded low outside temperatures <25 ° C, the at least one first heat exchanger integrated into the coolant circuit is cooled, whereas at currently recorded high outside temperatures ≥ 25 ° C, the electrochemical one Memory is cooled at least via the at least one integrated into the refrigerant circuit second heat exchanger.

Alternativ oder in Kombination mit vorstehender Maßnahme kann auch vorgesehen sein, dass unter Zuhilfenahme einer elektronischen Regel- und Steuereinheit des Fahrzeugs die Temperierung derart erfolgt, dass die Entscheidung, über welchen Temperierungsmittel-Kreislauf gekühlt wird, sich an einer aktuell zu verzeichnenden höheren Effizienz eines der Temperierungsmittel-Kreisläufe, demgemäß, mittels welchem Temperierungsmittel-Kreislauf aktuell weniger Energie zur Temperierung benötigt wird, orientiert, und dass sobald festgestellt wird, dass die Leistung des effizienteren Temperierungsmittel-Kreislaufes nicht mehr ausreicht, beide Temperierungsmittel-Kreisläufe zum Einsatz kommen.Alternatively or in combination with the above measure, it can also be provided that the temperature control is carried out with the aid of an electronic control unit of the vehicle in such a way that the decision as to which temperature control medium circuit is used for cooling is based on a currently recorded higher efficiency of one of the Temperature control medium circuits, according to which temperature control medium circuit is currently required less energy for temperature control, and that as soon as it is determined that the performance of the more efficient temperature control medium circuit is no longer sufficient, both temperature control medium circuits are used.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, mit einer Temperierungsvorrichtung der vorbeschriebenen Art. Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um ein Elektro-, Hybrid- oder Plug-in-Hybrid-Fahrzeug.The invention also relates to a vehicle with a temperature control device of the type described above. This is essentially an electric, hybrid or plug-in hybrid vehicle.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:

  • 1 äußerst schematisch ein mit einer Temperierungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art ausgestattetes Elektrofahrzeug,
  • 2 ein Fließbild einer Temperierungsvorrichtung nach dem Stand der Technik, und
  • 3 ein Fließbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Temperierungsvorrichtung.
The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment shown schematically in the drawings. However, it is not limited to this, but includes all Embodiments defined by the claims. Show it:
  • 1 extremely schematically an electric vehicle equipped with a temperature control device of the generic type,
  • 2 a flow diagram of a temperature control device according to the prior art, and
  • 3 a flow diagram of a temperature control device designed according to the invention.

1 zeigt zunächst ein Fahrzeug 1, vorliegend einen Personenkraftwagen, mit einem Elektromotor 2 als Antriebsmotor und mit einem eine Traktions- bzw. Hochvolt-Batterie ausbildenden elektrochemischen Speicher 3. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt sich somit um ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug 1 respektive Elektrofahrzeug. Durch die Erfindung mit erfasst ist insbesondere auch ein sogenanntes Hybrid- oder Plug-in-Hybrid-Fahrzeug, welches neben einem oder mehreren Elektromoren 2 auch einen Verbrennungsmotor aufweist (nicht zeichnerisch dargestellt). 1 first shows a vehicle 1 , in this case a passenger car, with an electric motor 2 as a drive motor and with an electrochemical storage device that forms a traction or high-voltage battery 3 . According to this exemplary embodiment, it is therefore a purely electrically operated vehicle 1 or electric vehicle. The invention also includes, in particular, a so-called hybrid or plug-in hybrid vehicle, which in addition to one or more electric motors 2 also has an internal combustion engine (not shown in the drawing).

Gemäß 2 weist der elektrochemische Speicher 3 ein Gehäuse 4 auf, in welchem lediglich beispielgebend drei untereinander elektrisch zusammengeschaltete Speichermodule 5 angeordnet sind. In einem jeden Speichermodul 5 ist zumindest eine nicht zeichnerisch dargestellte elektrochemische Speicherzelle angeordnet. Vorzugsweise jedoch sind mit jedem Speichermodul 5 zwei oder mehr nicht zeichnerisch dargestellte elektrochemische Speicherzellen zu einer Einheit zusammengefasst und untereinander elektrisch verbunden. Durch die Erfindung mit erfasst ist selbstverständlich auch ein Gehäuse 4, welches nicht zu Speichermodulen 5 zusammengefasste Speicherzellen, sondern wenigstens eine elektrochemische Speicherzelle, vorzugsweise zwei oder mehrere derselben, die untereinander elektrisch verbunden sind, aufweist (nicht zeichnerisch dargestellt).According to 2 exhibits the electrochemical storage 3 a housing 4th in which three memory modules electrically interconnected with one another are merely exemplary 5 are arranged. In every memory module 5 at least one electrochemical storage cell, not shown in the drawing, is arranged. Preferably, however, are with each memory module 5 two or more electrochemical storage cells (not shown in the drawing) combined to form a unit and electrically connected to one another. A housing is of course also covered by the invention 4th which is not about memory modules 5 combined storage cells, but at least one electrochemical storage cell, preferably two or more of the same, which are electrically connected to one another, has (not shown in the drawing).

Dem elektrochemischen Speicher 3 ist eine Vorrichtung 6 zur Temperierung zugeordnet. Nach dem Stand der Technik weist diese einen ersten Wärmetauscher 7 auf, der in einen ersten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kühlmittel-Kreislaufes 8 integriert ist (vgl. 2). The electrochemical storage 3 is a device 6th assigned to temperature control. According to the prior art, this has a first heat exchanger 7th on, which is in a first temperature control circuit in the form of a coolant circuit 8th is integrated (cf. 2 ).

Der besagte erste Wärmetauscher 7 ist außerhalb des Gehäuses 2, vorliegend unterhalb desselben am Gehäuseboden 9 angeordnet und mit dem Gehäuse 2 respektive dessen Gehäuseboden 9 thermisch verbunden. Innerhalb des Kühlmittel-Kreislaufes 8 ist Temperierungs- bzw. Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, mittels einer Pumpe 10 im Kreislauf durch einen an sich bekannten und demgemäß nicht zeichnerisch dargestellten Kühler hindurchgeführt. Hierdurch wird mittels den besagten Kühler um- und/oder durchströmender Umgebungsluft das Kühlmittel gekühlt bzw. demselben Wärme entzogen.The said first heat exchanger 7th is outside the case 2 , present below the same on the case bottom 9 arranged and with the housing 2 respectively its case back 9 thermally connected. Within the coolant circuit 8th is temperature control or coolant, such as water or a water-glycol mixture, by means of a pump 10 passed in the circuit through a cooler known per se and accordingly not shown in the drawing. As a result, the coolant is cooled or heat is withdrawn from it by means of the ambient air flowing around and / or through the said cooler.

Um die Kühlleistung des in den ersten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form des Kühlmittel-Kreislaufes 8 integrierten ersten Wärmetauschers 7 zu erhöhen, ist der Kühlmittel-Kreislauf 8 mit einem bei Bedarf aktivierbaren zweiten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kältemittel-Kreislaufes 11 thermisch verbunden bzw. verbindbar. Die besagte thermische Verbindung ist dabei unmittelbar oder mittelbar über nicht zeichnerisch dargestellte an sich bekannte Wärmeleitpads oder Wärmeleitpaste realisiert. Im besagten, an sich bekannten Kältemittel-Kreislauf 11 ist ein Kältemittel, wie beispielsweise CO2 oder R1234yf, in einem geschlossenen Kreislauf geführt.To the cooling capacity in the first temperature control circuit in the form of the coolant circuit 8th integrated first heat exchanger 7th to increase is the coolant circuit 8th with a second temperature control circuit in the form of a refrigerant circuit that can be activated if required 11 thermally connected or connectable. Said thermal connection is implemented directly or indirectly via heat-conducting pads or heat-conducting paste that are known per se (not shown in the drawing). In the said, known per se refrigerant circuit 11 is a refrigerant such as CO2 or R1234yf, guided in a closed circuit.

Der Kältemittel-Kreislauf 11 umfasst in der gezeigten einfachsten Ausgestaltung desselben in Fließrichtung des Kältemittels gesehen nacheinander einen Kompressor 12, auch als Verdichter bezeichnet, einen Verflüssiger 13, auch als Kondensator bezeichnet, eine Drosseleinrichtung 14 und einen Verdampfer 15. Der Verflüssiger 13 ist luft- oder wassergekühlt. Der Verdampfer 15 ist innerhalb einer Wärmetauschervorrichtung 16 mit dem als Kühlmittel-Kreislauf 8 ausgebildeten ersten Temperierungsmittel-Kreislauf thermisch verbunden. In Abhängigkeit der aktuell erforderlichen Kühlleistung wird der Kältemittel-Kreislauf 11 aktiviert oder deaktiviert.The refrigerant cycle 11 In the simplest embodiment shown, it comprises one compressor one after the other, viewed in the direction of flow of the refrigerant 12 , also known as a compressor, a condenser 13 , also referred to as a capacitor, a throttle device 14th and an evaporator 15th . The liquefier 13 is air or water cooled. The evaporator 15th is within a heat exchange device 16 with that as a coolant circuit 8th formed first temperature control circuit thermally connected. The refrigerant circuit is dependent on the currently required cooling capacity 11 activated or deactivated.

Unter Kühlmittel werden bevorzugt flüssige (z. B. Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch, etc.), alternativ jedoch auch gasförmige Stoffe oder Stoffgemische (z. B. Luft), zum Transport von Wärme verstanden. Kühlmittel sind jedoch lediglich in der Lage, in einem Kühlzyklus die Enthalpie entlang des Temperaturgradienten zu einer Stelle niedrigerer Temperatur zu transportieren. Demgegenüber kann ein Kältemittel (z. B. besagtes CO2 oder R1234yf, etc.) dies in einem Kältezyklus entgegen einem Temperaturgradienten tun, so dass die Umgebungstemperatur höher sein darf als die Temperatur des zu kühlenden elektrochemischen Speichers.Coolants are preferably understood to be liquid (e.g. water, water-glycol mixture, etc.), but alternatively also gaseous substances or mixtures of substances (e.g. air) for the transport of heat. However, coolants are only able to transport the enthalpy along the temperature gradient to a point of lower temperature in a cooling cycle. In contrast, a refrigerant (e.g. said CO2 or R1234yf, etc.) can do this in a cold cycle against a temperature gradient so that the ambient temperature may be higher than the temperature of the electrochemical storage device to be cooled.

Um ein Thermomanagement für den elektrochemischen Speicher 3 mit einer im Verhältnis zum Stand der Technik noch optimaleren Temperierung des elektrochemischen Speichers 3 zu ermöglichen, ist ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik nach 2 dem elektrochemischen Speicher 3 zusätzlich ein zweiter Wärmetauscher 17 zugeordnet, welcher in den oben beschriebenen Kältemittel-Kreislauf 11 integriert ist (vgl. 3). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Wärmetauscher 17 innerhalb des Gehäuses 4 des elektrochemischen Speichers 3 derart angeordnet, dass dieser mit den Speichermodulen 3 respektive deren Speichermodulgehäuse 18 thermisch verbunden ist. Die besagte thermische Verbindung ist unmittelbar oder mittelbar über nicht zeichnerisch dargestellte an sich bekannte Wärmeleitpads oder Wärmeleitpaste realisiert. Sind statt der Speichermodule 3 Speicherzellen im Gehäuse 4 vorgesehen, die nicht zu einem Speichermodul 3 mit Speichermodulgehäuse 18 zusammengefasst sind, ist der zweite Wärmetauscher 17 unmittelbar oder mittelbar über Wärmeleitpads oder Wärmeleitpaste mit den Speicherzellen thermisch verbunden (nicht zeichnerisch dargestellt).A thermal management for the electrochemical storage 3 with an even more optimal temperature control of the electrochemical store compared to the state of the art 3 to enable is based on the described prior art according to 2 the electrochemical storage 3 a second heat exchanger 17th assigned to which in the refrigerant circuit described above 11 is integrated (cf. 3 ). According to this embodiment, the second heat exchanger 17th inside the case 4th of the electrochemical storage 3 arranged so that this with the memory modules 3 respectively their Memory module housing 18th is thermally connected. Said thermal connection is implemented directly or indirectly via heat-conducting pads or heat-conducting paste that are known per se (not shown in the drawing). Are instead of the memory modules 3 Storage cells in the housing 4th provided that does not become a memory module 3 with memory module housing 18th are summarized is the second heat exchanger 17th directly or indirectly thermally connected to the storage cells via heat-conducting pads or heat-conducting paste (not shown in the drawing).

Wie der 3 weiter zu entnehmen ist, ist der in den Kältemittel-Kreislauf 11 integrierte zweite Wärmetauscher 17 gegenüberliegend dem in den Kühlmittel-Kreislauf 8 integrierten ersten Wärmetauscher 7 an den vorliegend vorgesehenen Speichermodulen 5 angeordnet, demnach oberhalb der Speichermodule 5. Vorteilhaft wird durch diese Maßnahme einer übermäßigen und demnach nachteiligen Temperaturspreizung im elektrochemischen Speicher 3 bzw. dessen Speichermodulen 5 begegnet.Again 3 It can also be seen that it is in the refrigerant circuit 11 integrated second heat exchanger 17th opposite to that in the coolant circuit 8th integrated first heat exchanger 7th on the memory modules provided here 5 arranged, therefore above the memory modules 5 . This measure has the advantage of an excessive and therefore disadvantageous temperature spread in the electrochemical store 3 or its memory modules 5 encountered.

Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, sondern erfasst auch zumindest einen zweiten Wärmetauscher 17 welcher an der Mantelfläche des/der Speichermodule 3, gegebenenfalls zwischen benachbarten Speichermodulen 3 angeordnet ist. Eine Kombination beider Anordnungen, nämlich sowohl oberhalb als auch seitlich eines jeden Speichermoduls 3, ist durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst (nicht zeichnerisch dargestellt).However, the invention is not limited to this preferred embodiment of the invention, but also includes at least one second heat exchanger 17th which on the outer surface of the memory module (s) 3 , if necessary between adjacent memory modules 3 is arranged. A combination of both arrangements, namely both above and to the side of each storage module 3 , is also covered by the invention (not shown in the drawing).

Gemäß dieser Erfindung wird unter einem Temperierungsmittel nicht nur ein Kühlmittel, sondern auch ein flüssiger oder gasförmiger Wärmeträger verstanden, der bei Bedarf auch Wärme an den elektrochemischen Speicher 3 abgibt. Dies kann sich beispielsweise als erforderlich erweisen, wenn das Fahrzeug 1 in kalter oder äußerst kalter Umgebung betrieben wird, da bekanntermaßen auch eine niedere Umgebungstemperatur sich nachteilig sowohl auf die Leistung des elektrochemischen Speichers 3 als auch auf das Ladeverhalten desselben auswirken kann. Um demnach auch eine Temperierung des elektrochemischen Speichers 3 im Sinne von Erwärmung desselben zu ermöglichen, ist bevorzugt in den Kühlmittel-Kreislauf 8 eine nicht zeichnerisch dargestellte Heizeinrichtung, vorzugsweise elektrisch betriebene Heizeinrichtung, integriert oder integrierbar. Bei Bedarf erwärmt die Heizeinrichtung das Kühlmittel, welches die aufgenommene Wärmeenergie über den ersten Wärmetauscher 7 an die Speichermodule 5 des elektrochemischen Speichers 3 abgibt.According to this invention, a temperature control medium is understood to mean not only a coolant, but also a liquid or gaseous heat transfer medium which, if required, also transfers heat to the electrochemical store 3 gives. This may prove necessary, for example, when the vehicle 1 is operated in a cold or extremely cold environment, since it is known that a low ambient temperature is also detrimental to both the performance of the electrochemical storage device 3 as well as the charging behavior of the same. Accordingly, a temperature control of the electrochemical storage 3 To enable the same in the sense of heating is preferred in the coolant circuit 8th a heating device, not shown in the drawing, preferably an electrically operated heating device, integrated or integrable. If necessary, the heating device heats the coolant, which absorbs the thermal energy via the first heat exchanger 7th to the memory modules 5 of the electrochemical storage 3 gives.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Temperierung des im Fahrzeug 1 angeordneten elektrochemischen Speichers 3 mittels einer Vorrichtung 6 zur Temperierung der vorbeschriebenen Art zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass der elektrochemische Speicher 3 unterhalb eines bestimmten Schwellwertes einer gemessenen Außentemperatur über den ersten Temperierungsmittel-Kreislauf mit dem Kühlmittel-Kreislauf 11 und dem zumindest einen in denselben integrierten ersten Wärmetauscher 7 gekühlt wird, wogegen bei Überschreiten des besagten Schwellwertes, der elektrochemische Speicher 3 wenigstens über den zweiten Temperierungsmittel-Kreislauf mit dem Kältemittel-Kreislauf 11 und dem zumindest einen in denselben integrierten zweiten Wärmetauscher 17 gekühlt wird. Besagter Schwellwert der Außentemperatur des elektrochemischen Speichers 3 kann beispielsweise bei 25°C liegen. Hierdurch ist ein optimales Thermomanagement für den elektrochemischen Speicher 3 ermöglicht, da die Vorteile beider Kühlkonzepte in bestmöglicher Weise zur Wirkung kommen.A preferred method for controlling the temperature in the vehicle 1 arranged electrochemical storage 3 by means of a device 6th for temperature control of the type described above is essentially characterized in that the electrochemical store 3 below a certain threshold value of a measured outside temperature via the first temperature control circuit with the coolant circuit 11 and the at least one first heat exchanger integrated therein 7th is cooled, whereas when the said threshold value is exceeded, the electrochemical storage device 3 at least via the second temperature control medium circuit with the refrigerant circuit 11 and the at least one second heat exchanger integrated therein 17th is cooled. Said threshold value of the outside temperature of the electrochemical storage 3 can for example be at 25 ° C. This provides an optimal thermal management for the electrochemical storage 3 because the advantages of both cooling concepts come into their own in the best possible way.

Die Temperierung des elektrochemischen Speichers 3 kann weiter bevorzugt unter Einsatz einer nicht zeichnerisch dargestellten elektronischen Regel- und Steuereinheit des Fahrzeugs 1 erfolgen. Die elektronische Regel- und Steuereinheit weist hierzu bevorzugt, jedoch ohne Anspruch auf Vollständigkeit, geeignete Sensorvorrichtungen zur Feststellung eines aktuellen Betriebszustandes des Fahrzeugs 1, nämlich Fahrbetrieb oder Fahrzeugstand zum insbesondere elektrischen Aufladen des elektrochemischen Speichers 3, sowie zur Bestimmung der aktuell zu verzeichnenden elektrischen Ladung des elektrochemischen Speichers 3 und der aktuell zu verzeichnenden Temperatur desselben sowie der Außentemperatur auf.The temperature control of the electrochemical storage 3 can further preferably using an electronic regulating and control unit of the vehicle, not shown in the drawing 1 respectively. For this purpose, the electronic regulating and control unit preferably, but without claiming to be complete, has suitable sensor devices for determining a current operating state of the vehicle 1 , namely driving operation or vehicle stand for, in particular, electrical charging of the electrochemical storage device 3 , as well as to determine the currently recorded electrical charge of the electrochemical storage 3 and the current temperature to be recorded as well as the outside temperature.

Da hohe Kühlleistungen (Nutzung beider Wärmetauscher 7, 17) nur für einen geringen Teil der Nutzungsszenarien benötigt werden, insbesondere bei einem Schnellladen des elektrochemischen Speichers 3 sowie bei hoch-dynamischer Fahrweise des Fahrzeugs 1, können die Effizienzvorteile der unterschiedlichen Konzepte für einen Großteil der Nutzungsszenarien genutzt werden, insbesondere bei normaler Fahrt und normalem Laden, bei denen die Kühlleistung eines der Wärmetauscher 7, 17 ausreichend ist. So ist die elektronischen Regel- und Steuereinheit bevorzugt derart eingerichtet, dass bei niedrigen Außentemperaturen, beispielsweise < 25°C, effizient über den Kühlmittel-Kreislauf 8 gekühlt wird, und bei hohen Außentemperaturen, beispielsweise ≥ 25°C, effizient über den Kältemittel-Kreislauf 11 gekühlt wird. Ist eine besonders hohe Kühlleistung erforderlich, beispielsweise im Falle besagten Schnelladens oder hoch-dynamischer Fahrweise des Fahrzeugs 1, kommen beide Kreisläufe (Kühlmittel-Kreislauf 8 / Kältemittel-Kreislauf 11) zum Einsatz.Since high cooling performance (use of both heat exchangers 7th , 17th ) are only required for a small part of the usage scenarios, in particular for rapid charging of the electrochemical storage device 3 as well as with a highly dynamic driving style of the vehicle 1 , the efficiency advantages of the different concepts can be used for a large part of the usage scenarios, especially for normal driving and normal charging, in which the cooling capacity of one of the heat exchangers 7th , 17th is sufficient. For example, the electronic regulating and control unit is preferably set up in such a way that at low outside temperatures, for example <25 ° C., efficiently via the coolant circuit 8th is cooled, and at high outside temperatures, e.g. ≥ 25 ° C, efficiently via the refrigerant circuit 11 is cooled. If a particularly high cooling capacity is required, for example in the case of the said rapid charging or highly dynamic driving style of the vehicle 1 , both circuits come (coolant circuit 8th / Refrigerant circulation 11 ) for use.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

11
Fahrzeugvehicle
22
ElektromotorElectric motor
33
elektrochemischer Speicherelectrochemical storage
44th
Gehäusecasing
55
SpeichermodulMemory module
66th
Vorrichtung zur TemperierungDevice for temperature control
77th
erster Wärmetauscherfirst heat exchanger
88th
Kühlmittel-KreislaufCoolant circuit
99
GehäusebodenCase back
1010
Pumpepump
1111
Kältemittel-KreislaufRefrigerant circulation
1212
Kompressorcompressor
1313
VerflüssigerCondenser
1414th
DrosseleinrichtungThrottle device
1515th
VerdampferEvaporator
1616
WärmetauschervorrichtungHeat exchanger device
1717th
zweiter Wärmetauschersecond heat exchanger
1818th
SpeichermodulgehäuseMemory module housing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013213114 A1 [0003]DE 102013213114 A1 [0003]

Claims (10)

Vorrichtung (6) zur Temperierung eines in einem Fahrzeug (1) angeordneten elektrochemischen Speichers (3), mit zumindest einem in einen ersten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kühlmittel-Kreislaufs (8) des Fahrzeugs (1) integrierten und dem elektrochemischen Speicher (3) zugeordneten ersten Wärmetauscher (7), wobei der Kühlmittel-Kreislauf (8) mit einem bei Bedarf aktivierbaren zweiten Temperierungsmittel-Kreislauf in Form eines Kältemittel-Kreislaufs (11) des Fahrzeugs (1) thermisch verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektrochemischen Speicher (3) zusätzlich zumindest ein zweiter Wärmetauscher (17) zugeordnet ist, welcher in den besagten Kältemittel-Kreislauf (11) integriert ist.Device (6) for temperature control of an electrochemical storage device (3) arranged in a vehicle (1), with at least one integrated into a first temperature control medium circuit in the form of a coolant circuit (8) of the vehicle (1) and the electrochemical storage device (3) ) associated first heat exchanger (7), wherein the coolant circuit (8) is thermally connected or connectable to a second temperature control circuit in the form of a refrigerant circuit (11) of the vehicle (1), which can be activated if required, characterized in that the electrochemical storage (3) is additionally assigned at least one second heat exchanger (17) which is integrated in said refrigerant circuit (11). Vorrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Wärmetauscher (7) und der zumindest eine zweite Wärmetauscher (17) auf verschiedenen Seiten wenigstens eines Speichermoduls (5) oder wenigstens einer Speicherzelle des elektrochemischen Speichers (3) angeordnet sind.Device (6) according to Claim 1 , characterized in that the at least one first heat exchanger (7) and the at least one second heat exchanger (17) are arranged on different sides of at least one storage module (5) or at least one storage cell of the electrochemical store (3). Vorrichtung (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Wärmetauscher (7) und der zumindest eine zweite Wärmetauscher (17) auf gegenüberliegenden Seiten des wenigstens einen Speichermoduls (5) oder der wenigstens einen Speicherzelle des elektrochemischen Speichers (3) angeordnet sind.Device (6) according to Claim 2 , characterized in that the at least one first heat exchanger (7) and the at least one second heat exchanger (17) are arranged on opposite sides of the at least one storage module (5) or the at least one storage cell of the electrochemical store (3). Vorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Wärmetauscher (7) außerhalb eines Gehäuses (4) des elektrochemischen Speichers (3) angeordnet, jedoch mit dem Gehäuse (4) thermisch verbunden ist.Device (6) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one first heat exchanger (7) is arranged outside a housing (4) of the electrochemical store (3), but is thermally connected to the housing (4). Vorrichtung (6) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Wärmetauscher (7) an einem Gehäuseboden (9) des Gehäuses (4) des elektrochemischen Speichers (3) angeordnet ist.Device (6) according to Claim 4 , characterized in that the at least one first heat exchanger (7) is arranged on a housing base (9) of the housing (4) of the electrochemical store (3). Vorrichtung (6) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zweite Wärmetauscher (17) innerhalb des Gehäuses (4) des elektrochemischen Speichers (3) angeordnet ist.Device (6) according to Claim 4 or 5 , characterized in that the at least one second heat exchanger (17) is arranged within the housing (4) of the electrochemical store (3). Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zweite Wärmetauscher (17) mit dem wenigstens einen Speichermodul (5) oder wenigstens einen Speicherzelle des elektrochemischen Speichers (3) thermisch verbunden ist.Device (6) according to one of the Claims 2 to 6th , characterized in that the at least one second heat exchanger (17) is thermally connected to the at least one storage module (5) or at least one storage cell of the electrochemical store (3). Verfahren zur Temperierung eines in einem Fahrzeug (1) angeordneten elektrochemischen Speichers (3) mittels einer Vorrichtung (6) zur Temperierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 derart, dass der elektrochemische Speicher (3) unterhalb eines bestimmten Schwellwertes einer gemessenen Außentemperatur über den ersten Temperierungsmittel-Kreislauf gekühlt wird, wogegen bei Überschreiten des besagten Schwellwertes, der elektrochemische Speicher (3) wenigstens über den zweiten Temperierungsmittel-Kreislauf gekühlt wird.A method for temperature control of an electrochemical storage device (3) arranged in a vehicle (1) by means of a device (6) for temperature control according to one of the Claims 1 to 7th in such a way that the electrochemical store (3) is cooled below a certain threshold value of a measured outside temperature via the first temperature control medium circuit, whereas when said threshold value is exceeded, the electrochemical store (3) is cooled at least via the second temperature control medium circuit. Verfahren zur Temperierung eines in einem Fahrzeug (1) angeordneten elektrochemischen Speichers (3) mittels einer Vorrichtung (6) zur Temperierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zuhilfenahme einer elektronischen Regel- und Steuereinheit des Fahrzeugs (1) die Temperierung derart erfolgt, dass die Entscheidung, über welchen Temperierungsmittel-Kreislauf gekühlt wird, sich an einer aktuell zu verzeichnenden höheren Effizienz eines der Temperierungsmittel-Kreisläufe, demgemäß, mittels welchem Temperierungsmittel-Kreislauf aktuell weniger Energie zur Temperierung benötigt wird, orientiert, und dass sobald festgestellt wird, dass die Leistung des effizienteren Temperierungsmittel-Kreislaufes nicht mehr ausreicht, beide Temperierungsmittel-Kreisläufe zum Einsatz kommen.A method for temperature control of an electrochemical storage device (3) arranged in a vehicle (1) by means of a device (6) for temperature control according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that with the aid of an electronic regulation and control unit of the vehicle (1) the temperature control takes place in such a way that the decision as to which temperature control medium circuit is used for cooling is based on a currently recorded higher efficiency of one of the temperature control medium circuits, accordingly , by means of which temperature control medium circuit is currently required less energy for temperature control, and that as soon as it is determined that the performance of the more efficient temperature control medium circuit is no longer sufficient, both temperature control medium circuits are used. Fahrzeug (1), mit einer Vorrichtung (6) zur Temperierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Vehicle (1), with a device (6) for temperature control according to one of the Claims 1 to 7th .
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