WO2014029565A1 - Batteriesystem und kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2014029565A1
WO2014029565A1 PCT/EP2013/065147 EP2013065147W WO2014029565A1 WO 2014029565 A1 WO2014029565 A1 WO 2014029565A1 EP 2013065147 W EP2013065147 W EP 2013065147W WO 2014029565 A1 WO2014029565 A1 WO 2014029565A1
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thermoelectric element
battery cell
current flow
temperature
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PCT/EP2013/065147
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Michael Gless
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Battery system and motor vehicle The present invention relates to a battery system comprising at least one
  • thermoelectric element a thermoelectric element and a thermally controllable means for influencing a flow of current, wherein the thermoelectric element and the thermally controllable means for influencing a
  • the invention relates to a motor vehicle, comprising the battery system according to the invention.
  • FIG. 1 shows how several battery cells 10 can be combined to form a battery module 12 and subsequently a plurality of battery modules 12 to form a battery 14 (often referred to as a "battery pack" or "pack” for short).
  • a battery pack or "pack” for short.
  • Cell connectors are bolted or welded to the pole terminals 20 of the battery cells 10, for example.
  • the electrical voltage of a battery 14 is for example between 12 and 750 volts DC.
  • battery cells secondary elements, ie accumulators understood.
  • battery cell battery module, subunit, battery pack and battery are often used interchangeably.
  • the temperature of the battery cells affected by their aging. If lithium-ion battery cells are heated above temperatures of approx. 60 ° C, accelerated aging may initially occur. At temperatures above 120 ° C there is a risk of thermal runaway, ie an exothermic decomposition reaction of the battery cell.
  • thermal management system is used.
  • a thermal management system is used.
  • the added weight of the cooling system and the cooling energy required can reduce the range.
  • Battery management systems and therefore also thermal management systems require an external power supply, d. h., they are functional only as an overall system. Battery cells are usually tempered by a battery cooling system. This is associated with high costs, as a complete
  • Cooling system which includes a heat exchanger, cooling plates, a temperature detection, a cooling circuit, a pump, a control and the like. If, instead of the heat exchanger, a cooling system present in the vehicle is connected, such as, for example, an air conditioning system, there is a risk that the reliability and / or safety level ASIL for this attached safety-relevant cooling function will not be sufficient and / or increased.
  • a motor cooling usually decides because of high temperatures as the basis for the battery cooling system.
  • Air-cooled systems usually require air conditioning. In addition, no tight or closed system can be realized.
  • Range increase may result. As a rule, this trend is intensified with lighter vehicles.
  • DE 00 0004 017 475 A1 discloses a control by means of a temperature sensor, a thermal switch and a polarity reversal switch.
  • DE10 2008 048 002 A1 describes a control by means of a temperature sensor and a
  • a battery system comprising at least one
  • thermoelectric element a thermoelectric element and a thermally controllable
  • thermoelectric element Means for influencing a flow of current provided, wherein the thermoelectric element and the thermally controllable means for
  • Influencing a current flow with the at least one battery cell are heat coupled, characterized in that the thermoelectric element and the thermally controllable means for influencing a
  • the battery system according to the invention serves to temper the at least one battery cell.
  • the thermoelectric element is a Peltier element.
  • the Peltier element can be a temperature, so cooling or heating, the at least one battery cell by an electric Energy expenditure.
  • Peltier elements are to
  • thermoelectric generator designed to be operated as thermoelectric generators.
  • thermoelectric generator can be obtained from a portion of the waste heat of the at least one battery cell electrical energy.
  • thermoelectric element may be a thermoelectric generator.
  • thermoelectric element and the thermally controllable means for influencing a current flow are connected in series, the power supply of the thermoelectric element or the current flow from the thermoelectric element via the thermally controllable means for influencing a current flow takes place.
  • the temperature is thus controlled by means of a temperature-dependent power supply of the thermoelectric element.
  • the thermoelectric element and / or the thermally controllable means for influencing a current flow are thermally conductively connected to the at least one battery cell, in particular with a battery cell housing of the at least one battery cell.
  • the thermoelectric element and / or the thermally controllable means for influencing a current flow can be thermally conductive with a battery module, a
  • Subunit or a battery to be connected which at least one
  • Battery cell include.
  • the thermally controllable means for influencing a current flow may preferably also be heat-coupled with an electrical conductor of the battery system, that is to say in particular be connected to it in a heat-conducting manner. Electrical conductors can be replaced by a
  • Heat sink heat-coupled, in particular be thermally conductively connected.
  • the control by means of the thermally controllable means for influencing a current flow is based on a physical relationship, according to which a change in its electrical resistance as a function of its
  • the regulation takes place at a level where heat is generated, in particular directly on the surface of the at least one battery cell and / or also on electrical conductors and not only, for example, at a system or pack level. This results in a replacement or at least a reduction and / or a substantial simplification of
  • Temperiersystems particular system level and a significant weight savings of the mobile system, creating an increase in the
  • Temperature detection can aggravate and / or slow down.
  • a cooling control is - as described - possible at the cell and / or module level, a monitoring is still on the state of the art
  • thermoelectric in particular also a mechanical system, whereby no cooling medium such as, for example, air, water, coolant, refrigerant is needed.
  • the temperature control system in particular the cooling system is simplified by the use of a thermoelectric temperature, in particular such cooling.
  • an individual circuit and / or regulation of battery cells is made possible by a corresponding temperature control. This is special useful in a repair-related, partial replacement of already aged battery cells and / or battery modules.
  • tempering system is already in use with existing safety functions such as an overcharge protection device
  • the temperature control also works during the charging or discharging of the at least one battery cell.
  • the battery system can be combined with a temperature control, in particular cooling, which can be integrated in a stationary charging station.
  • the thermally controllable means for influencing a current flow comprises a temperature switch, a PTC thermistor and / or a
  • the temperature switch is on
  • the thermally controllable means for influencing a current flow is thus a control element which is designed as a temperature-dependent conductor (in particular with an optimized characteristic curve) and / or as a temperature switch, or comprises these components. These components are typically thermally conductive on the at least one battery cell or alternatively mounted on a battery module, a subunit or a battery, which comprise the at least one battery cell.
  • Temperature switch connected in series to the PTC thermistor or the thermistor.
  • a complete suppression of the flow of current through the thermally controllable means for influencing a current flow above or below a predefined temperature can be achieved.
  • a continuous regulation by means of the cold or hot conductor can take place above or below the predefined temperature.
  • the temperature switch is parallel to the PTC thermistor or the
  • Limit temperature is bridged by the temperature switch.
  • thermoelectric element is powered without a voltage drop across the thermistor.
  • BMS battery management system
  • the thermally controllable means for influencing a current flow and the thermoelectric element are electrically conductively connected to the pole terminals of the at least one battery cell.
  • the at least one battery cell and the thermoelectric element form a unit.
  • the thermally controllable means for influencing a current flow and the thermoelectric element are electrically conductively connected to the pole terminals of a battery module, a subunit or a battery, which comprise the at least one battery cell.
  • the battery system is set up to cool and / or to heat the at least one battery cell by means of the thermoelectric element. Due to the thermoelectric effect, the temperature of the at least one battery cell is regulated as a function of the current flow and the current direction through the thermoelectric element. As a result, the thermoelectric effect is used for temperature control, in particular by cooling. Cooling or heating (for example during a cold start) with the same thermoelectric element is possible depending on the direction of current flow. For this purpose, other electrical or electronic components familiar to the person skilled in the art can also be provided.
  • the energy supply for temperature control preferably takes over the at least one battery cell or a battery module, a subunit or a battery, which comprise the at least one battery cell.
  • the battery system is preferably set up by means of the
  • thermoelectric element from a waste heat of the at least one battery cell to generate electrical energy.
  • the thermoelectric effect can generate electricity from heat.
  • Temperature control of at least one battery cell allows. By using the waste heat is an increase in the overall efficiency, which results in an increased range of an electrically powered vehicle.
  • the battery system is adapted to one of the
  • thermoelectric element provided Asked electrical energy into the at least one battery cell.
  • the at least one battery cell is involved in energy production and storage.
  • the at least one battery cell is a lithium-ion battery cell (secondary cell).
  • the battery system is usually provided for feeding an electric drive system of the motor vehicle.
  • 1 shows a battery cell, a battery module and a battery (prior art)
  • 2 shows embodiments of thermally controllable means for influencing a current flow
  • FIG. 3 shows further embodiments of thermally controllable means for
  • FIG. 4 is a simplified, schematic representation of a battery system according to the invention according to a preferred embodiment.
  • FIG. 1 has already been discussed to explain the state of the art.
  • FIG. 2 shows schematically two variants of thermally controllable means for influencing a current flow 18. These serve in conjunction with a thermoelectric element 16 for controlling and / or regulating a
  • a section of a battery cell 10 which comprises a battery cell housing 24 and pole terminals 20 (cell terminals), wherein the pole terminals 20 by means of an insulator 22 of the
  • Battery cell housing 24 may be electrically isolated.
  • the thermally controllable means for influencing a current flow 18 may be thermally conductively connected to the battery cell 10, in particular to the battery cell housing 24, typically mounted on this.
  • a temperature switch is shown in the form of a bimetallic switch. This can be designed to close or open when exceeding or falling below a predefined temperature.
  • Useful applications include, for example, closing upon exceeding a predefined temperature for cooling the battery cell 10 or closing when falling below a predefined temperature for heating the battery cell 10. 2, the thermally controllable means for influencing a current flow 18 by means of a temperature-dependent conductor material and / or a resistor, so for example a PTC thermistor is shown.
  • the PTC thermistor has a resistance which increases with increasing temperatures.
  • a thermoelectric element connected in series with the PTC thermistor can thus be supplied with a higher current at lower temperatures than at higher temperatures.
  • PTC thermistors are useful, especially in realizations for heating.
  • the PTC thermistor thus assumes the control and / or control of the temperature.
  • Such conductor materials are in particular for heating, for example in a
  • thermistors can contribute to the realization of the thermally controllable means for influencing a current flow 18.
  • the thermistor has one that decreases with increasing temperatures
  • thermoelectric element connected in series with the thermistor is thus supplied with lower current at lower temperatures than at higher temperatures.
  • thermistors are useful especially in realizations for cooling.
  • the temperature-dependent conductor material and / or the resistor preferably have a characteristic curve with a relatively high resistance (ie, a very low resulting current flow) at a desired (to be reached) temperature.
  • the characteristic should be a steep drop in resistance
  • the characteristic should have a relatively low resistance, which results in a relatively high current flow.
  • Temperature switch and a PTC thermistor formed can in turn be designed as a bimetallic switch and is connected in series with the PTC thermistor.
  • the temperature switch is open at temperatures greater than a predefined temperature and closed at temperatures less than the predefined temperature. This results in temperatures smaller than the predefined temperature the same operation as in the case of the PTC thermistor described in Figure 2, when exceeding the predefined
  • the thermally controllable means for influencing a current flow 18 may further be formed as a combination of a temperature switch and a thermistor.
  • the temperature switch can in turn be designed as a bimetallic switch and is connected in series with the thermistor.
  • Temperature switch is open at temperatures less than a predefined temperature and closed at temperatures greater than the predefined temperature. Thus, at temperatures greater than the predefined temperature results in the same operation as in the thermistor described in Figure 2, when falling below the predefined temperature, however, opens the temperature switch. As a result, at temperatures lower than the predefined temperature, the flow of current through the temperature switch is completely interrupted and not only reduced, as in the case of the sole use of a thermistor.
  • the thermally controllable means for influencing a current flow 18 is designed as a further combination of a temperature switch and a PTC thermistor.
  • the temperature switch can in turn be designed as a bimetallic switch and is connected in parallel with the PTC thermistor.
  • the temperature switch is open at temperatures greater than a limit temperature and at temperatures less than
  • the thermally controllable means for influencing a current flow 18 may also be formed of a temperature switch and a thermistor.
  • the Temperature switch can in turn be designed as a bimetallic switch and is connected in parallel with the thermistor.
  • the temperature switch is open at temperatures below a limit temperature and closed at temperatures greater than the limit temperature.
  • the limit temperature is exceeded, the temperature switch closes.
  • the thermistor is bridged at temperatures greater than the limit temperature, whereby the thermoelectric element 16 can be supplied without voltage drop at the thermistor with power.
  • FIG. 4 shows a schematically simplified, schematic representation of a battery system according to the invention according to a preferred embodiment of the invention.
  • the battery system comprises, in addition to a battery cell 10, a thermoelectric element 16 (for example a Peltier element) and a thermally controllable means for influencing a current flow 18, which are heat-coupled to the battery cell 10.
  • a thermoelectric element 16 for example a Peltier element
  • a thermally controllable means for influencing a current flow 18 which are heat-coupled to the battery cell 10.
  • thermoelectric element 16 and the thermally controllable means for
  • thermoelectric element 16 and the thermally controllable means for influencing a current flow 18 are thermally conductive on a battery cell housing 24 of
  • Battery cell 10 is arranged. On the, the battery cell 10 side facing away from the thermoelectric element 16, a solid 28 is arranged with typically very good thermal conductivities and thermally conductively connected to the thermoelectric element 16. Usually, this is a heat sink or a component with high heat capacity. By means of an analogous structure, it is also possible to temper a battery module 12, a subunit or a battery 14 (or, for example, also a subunit), which comprise the battery cell 10.
  • thermoelectric element 16 typically includes at least one and a P-doped semiconductor 26 connected in series. in the the battery system shown, the thermoelectric element 16 is used for cooling, which is why the connected to the negative terminal 20 of the battery cell 10 semiconductor 26 (left in Figure 4) is the P-doped semiconductor. Consequently, the semiconductor 26 shown on the right in Fig. 4 is the N-type semiconductor.
  • thermoelectric element 16 is connected in series with and connected to the thermally-controllable means 18 for influencing a current flow
  • the circuit is closed by an interconnection of the thermoelectric element 16 with the positive pole terminal 20.
  • the battery cell housing 24 of the battery cell 10 shown is electrically conductively connected to the positive pole terminal 20, but electrically insulated from the negative pole terminal 20 by an insulator 22.
  • the battery cell case 24 has the potential of the positive pole terminal 20. This can do that
  • thermoelectric element 16 may be connected to the battery cell housing 24 instead of the positive pole terminal 20. In the example shown, therefore, the battery cell 10 takes over the power supply for temperature control. Similarly, a battery module 12, a Subunit or a battery 14, which include the battery cell 10, the power supply to
  • the thermally controllable means for influencing a current flow 18 is analogous to that of the upper figure in Figure 3, but constructed with a thermistor instead of the PTC thermistor.
  • the battery system shown in FIG. 4 is based on the following functionality:
  • controllable means for influencing a current flow 18 smaller a predefined temperature the temperature switch is open - thus no current flows through the thermoelectric element 16.
  • a predefined temperature of the temperature switch is closed - the current flow through the thermoelectric element 16th is controlled by the thermistor. With increasing temperature, the sinks
  • thermoelectric element 16 At higher temperatures of the battery cell 10 is supplied with higher currents than at lower temperatures. Decreases due to the cooling effect of the thermoelectric element 16, the temperature of the battery cell 10 and thus also the thermally controllable means for influencing a current flow 18, the cooling capacity of the thermoelectric element 16 is increasingly reduced. When reaching the predetermined temperature is the
  • thermoelectric element 16 is turned off by the temperature switch.
  • thermoelectric element 16 For a heater by means of the thermoelectric element 16, for example, a PTC thermistor can be used instead of the thermistor.
  • the temperature switch is then designed to close only when a limit temperature is exceeded.
  • a reverse current flow through the thermoelectric element 16 is ensured by suitable means.
  • thermoelectric generator is used as the thermoelectric element 16.
  • Peltier elements are also suitable for being operated as thermoelectric generators.
  • the thermoelectric element that is to say the thermoelectric generator 16, if appropriate also the Peltier element, can generate electrical energy from part of the waste heat of the battery cell 10.
  • thermoelectric element 16 should the total system on a
  • thermoelectric element 16 due to the advantages already mentioned is optimally suited.
  • thermally controllable means for influencing a current flow 18 as a function of heat transfer and heat sinks are heating by chemical processes in the battery cell and / or physical processes such as heating of electrical conductors by the current flow and Resistance considered.

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Abstract

Es wird ein Batteriesystem beschreiben, welches wenigstens eine Batteriezelle (10), ein thermoelektrisches Element (16) und ein thermisch steuerbares Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18) umfasst. Das thermoelektrische Element (16) und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18) sind mit der wenigstens einen Batteriezelle (10) wärmegekoppelt. Kennzeichnend sind das thermoelektrische Element (16) und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18) in Reihe geschaltet. Ferner wird ein Kraftfahrzeug umfassend das erfindungsgemäße Batteriesystem beschreiben.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriesvstem und Kraftfahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem, umfassend wenigstens eine
Batteriezelle, ein thermoelektrisches Element und ein thermisch steuerbares Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses, wobei das thermoelektrische Element und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines
Stromflusses mit der Batteriezelle wärmegekoppelt sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend das erfindungsgemäße Batteriesystem.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, als auch bei (mobilen) Geräten, wie Laptops, Mobiltelefonen, oder Werkzeugen (PowerTools) neue Batteriesysteme als Energiespeicher zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich
Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Aufgrund von relativ hohen Energiedichten werden insbesondere Lithium-Ionen-
Batterien für diese Anwendungen eingesetzt.
Figur 1 zeigt, wie mehrere Batteriezellen 10 zu einem Batteriemodul 12 und anschließend mehrere Batteriemodule 12 zu einer Batterie 14 (oft als„Batterie- Pack" oder kurz„Pack" bezeichnet) zusammengefasst werden können. Oftmals erfolgt vor der Gruppierung mehrerer Batteriemodule 12 zu der Batterie 14 eine Gruppierung der Batteriemodule 12 zu einer so genannten„Subunit" und anschließend eine Gruppierung mehrerer Subunits zu der Batterie 14. Diese Gruppierungen erfolgen durch eine nicht dargestellte Parallel- oder
Reihenschaltung der Polanschlüsse 20 der Batteriezellen 10. Die Verschaltung der Polanschlüsse 20 geschieht in der Regel über nicht dargestellte Zellverbinder, welche als Stromschienen ausgeführt sein können. Die
Zellverbinder werden mit den Polanschlüssen 20 der Batteriezellen 10 beispielsweise verschraubt oder verschweißt. Die elektrische Spannung einer Batterie 14 beträgt beispielsweise zwischen 12 und 750 Volt Gleichspannung.
Unter Batteriezellen werden Sekundärelemente, also Akkumulatoren verstanden. In der Literatur werden die Begriffe Batteriezelle, Batteriemodul, Subunit, Batterie-Pack und Batterie oftmals auch synonym verwendet.
Insbesondere bei einer Zellchemie, wie sie Lithium-Ionen-Batteriezellen aufweisen, beeinflusst die Temperatur der Batteriezellen deren Alterung. Werden Lithium-Ionen-Batteriezellen über Temperaturen von ca. 60°C erwärmt, kann zunächst eine beschleunigte Alterung auftreten. Bei Temperaturen ab 120°C besteht die Gefahr eines thermischen Durchgehens (Thermal Runaway), also einer exothermen Zersetzungsreaktion der Batteriezelle.
Deshalb wird nach Stand der Technik bei Batterien ein Thermo-Management- System eingesetzt. Insbesondere mit einer Kühlflüssigkeit arbeitende Thermo- Management-Systeme sind technisch aufwendig, die Gewährleistung der Zuverlässigkeit und Sicherheit, wie zum Beispiel Anforderungen an die Dichtheit, Wärmeübergänge und Regelung, herausfordernd. Das zusätzliche Gewicht durch das Kühlsystem und eine dafür erforderliche Kühlenergie können die Reichweite schmälern.
Batterie-Management-Systeme und damit auch Thermo-Management-Systeme benötigen eine externe Stromversorgung, d. h., sie sind erst als Gesamtsystem funktionsfähig. Batteriezellen werden in der Regel durch ein Batterie-Kühlsystem temperiert. Dies ist mit hohem Aufwand verbunden, da ein komplettes
Kühlsystem erforderlich ist, welches einen Wärmetauscher, Kühlplatten eine Temperaturerfassung, einen Kühlkreislauf, eine Pumpe, eine Regelung und Ähnliches umfasst. Wird anstelle des Wärmetauschers ein im Fahrzeug vorhandenes Kühlsystem angeschlossen, wie zum Beispiel eine Klimaanlage, besteht die Gefahr, dass die Zuverlässigkeit und/oder ein Sicherheitslevel ASIL (automotive safety integrity level) für diese angehängte sicherheitsrelevante Kühlfunktion nicht ausreicht und/oder erhöht werden muss. Eine Motorkühlung scheidet in der Regel wegen zu hoher Temperaturen als Basis für das Batterie- Kühlsystem aus.
Luftgekühlte Systeme benötigen üblicherweise eine Luftaufbereitung. Es kann zudem kein dichtes oder geschlossenes System realisiert werden.
Zudem zeigt sich, dass die Notwendigkeit einer Kühlung im normalen Fahrbetrieb durch hohe Wärmekapazitäten der Batteriezellen in der Regel nicht erforderlich ist. Durch die ansonsten für die Kühlung erforderliche Energie wird der
Energieinhalt der Batterie effizienter genutzt, was in einer entsprechenden
Reichweitenerhöhung resultieren kann. Mit leichteren Fahrzeugen verstärkt sich in der Regel dieser Trend.
Die DE 00 0004 017 475 A1 und die DE 10 2008 048 002 A1 offenbaren
Batteriesysteme, wobei je nach Stromfluss und Stromrichtung mittels eines
Peltier-Elementes eine Kühlung oder Erwärmung erfolgt. Die DE 00 0004 017 475 A1 offenbart dabei eine Regelung mittels eines Temperatursensors, eines Thermoschalters und eines Polwendeschalters. Die DE10 2008 048 002 A1 beschreibt eine Regelung mittels eines Temperatursensors und einer
Steuereinrichtung.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem, umfassend wenigstens eine
Batteriezelle, ein thermoelektrisches Element und ein thermisch steuerbares
Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses zur Verfügung gestellt, wobei das thermoelektrische Element und das thermisch steuerbare Mittel zur
Beeinflussung eines Stromflusses mit der wenigstens einen Batteriezelle wärmegekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoelektrische Element und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines
Stromflusses in Reihe geschaltet sind.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem dient zur Temperierung der wenigstens einen Batteriezelle. Vorzugsweise ist das thermoelektrische Element ein Peltier- Element. Mittels des Peltier-Elementes kann eine Temperierung, also ein Kühlen oder Erwärmen, der wenigstens einen Batteriezelle durch einen elektrischen Energieaufwand erfolgen. Für gewöhnlich sind Peltier-Elemente dazu
ausgebildet, als thermoelektrische Generatoren betrieben zu werden. Mittels des thermoelektrischen Generators kann aus einem Teil der Abwärme der wenigstens einen Batteriezelle elektrische Energie gewonnen werden. Ferner bevorzugt kann das thermoelektrische Element ein thermoelektrischer Generator sein.
Dadurch, dass das thermoelektrische Element und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses in Reihe geschaltet sind, erfolgt die Stromversorgung des thermoelektrischen Elementes oder der Stromfluss aus dem thermoelektrischen Element über das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses. Die Temperierung erfolgt somit mittels einer temperaturabhängigen Stromversorgung des thermoelektrischen Elementes. Typischerweise sind das thermoelektrische Element und/oder das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses wärmeleitend mit der wenigstens einen Batteriezelle, insbesondere mit einem Batteriezellengehäuse der wenigstens einen Batteriezelle wärmeleitend verbunden. Ebenso können das thermoelektrische Element und/oder das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses wärmeleitend mit einem Batteriemodul, einer
Subunit oder einer Batterie verbunden sein, welche die wenigstens eine
Batteriezelle umfassen.
Neben chemischen Prozessen in der Batteriezelle können auch physikalische Prozesse zu einer Erwärmung führen, welche je nach Positionierung und
Anbindung des thermisch steuerbaren Mittels zur Beeinflussung eines
Stromflusses berücksichtigt werden können. So kann das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses vorzugsweise auch mit einem elektrischen Leiter des Batteriesystems wärmegekoppelt, also insbesondere mit diesem wärmeleitend verbunden sein. Elektrische Leiter können sich durch einen
Stromfluss und ihren Widerstand erwärmen. Ferner kann das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses auch mit einem
Kühlkörper (heat sink) wärmegekoppelt, insbesondere wärmeleitend verbunden sein. Die Regelung mittels des thermisch steuerbaren Mittels zur Beeinflussung eines Stromflusses basiert auf einem physikalischen Zusammenhang, wonach eine Veränderung seines elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit seiner
Temperatur erfolgt. Daraus resultiert ein einfach zu realisierendes Schalt- bzw. Regel-System, welches rein thermoelektrisch und insbesondere auch mechanisch funktionsfähig ist. Zudem erfolgt die Regelung auf einem Level, wo Wärme entsteht, insbesondere direkt auf der Oberfläche der wenigstens einen Batteriezelle und/oder auch an elektrischen Leitern und nicht erst zum Beispiel auf einem System- oder Pack-Level. Dadurch erfolgt ein Ersatz oder zumindest eine Reduzierung und/oder eine wesentliche Vereinfachung des
Temperiersystems insbesondere auf Systemebene sowie eine wesentliche Gewichtsersparnis des mobilen Systems, wodurch eine Erhöhung des
Gesamtwirkungsgrades erfolgt. Die Regelung erfolgt sehr schnell, da keine hohen Wärmekapazitäten vorhanden sind, welche die Regelung und
Temperaturerfassung erschweren und/oder verlangsamen können.
Es wird somit ein Sicherheitssystem ermöglicht, welches sich durch eine bereits auf der Zell- oder Modulebene integrierte funktionsfähige Kühlung auszeichnet, wodurch die Sicherheit erhöht wird. Dadurch bedarf es keines Steuergerätes (zum Beispiel Batterie-Management-System (BMS) oder Thermo-Management- System), um eine Temperierung der wenigstens einen Batteriezelle
sicherzustellen. Dies resultiert in einer erhöhten Sicherheit und kann zum Beispiel ergänzend oder als Ersatz und/oder Vereinfachung für das Batterie- Management-System genutzt werden.
Eine Kühlregelung ist - wie beschrieben - auf Zell- und/oder Modulebene möglich, eine Überwachung ist weiterhin nach Stand der Technik auf
Systemebene möglich. Durch die Erfindung wird ein thermoelektrisches, insbesondere auch mechanisches System ermöglicht, wodurch kein Kühlmedium wie zum Beispiel Luft, Wasser, Kühlmittel, Kältemittel benötigt wird. Dadurch wird das Temperiersystem, insbesondere das Kühlsystem durch den Einsatz einer thermoelektrischen Temperierung, insbesondere einer solchen Kühlung vereinfacht. Ferner wird eine individuelle Schaltung und/oder Regelung von Batteriezellen durch eine entsprechende Temperierung ermöglicht. Dies ist insbesondere sinnvoll bei einem reparaturbedingten, teilweisen Ersatz bereits gealterter Batteriezellen und/oder Batteriemodule.
Des Weiteren ist das Temperiersystem mit bereits eingesetzten, vorhandenen Sicherheitsfunktionen wie zum Beispiel einer Überladeschutzvorrichtung
(Overcharge Safety Device, kurz OSD), oder einem Batterie-Management- System (BMS) kombinierbar.
Die Temperierung funktioniert auch während des Ladens oder Entladens der wenigstens einen Batteriezelle. Außerdem ist das Batteriesystem mit einer Temperierung, insbesondere Kühlung, die in eine stationäre Ladestation integriert sein kann, kombinierbar. Somit ist ein Schnellladen ohne eine
Überdimensionierung der Temperiereinrichtung für den normalen Fahrbetrieb möglich. Daraus resultiert eine weitere Gewichtsersparnis des mobilen Systems.
Bevorzugt umfasst das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses einen Temperaturschalter, einen Kaltleiter und/oder einen
Heißleiter. Insbesondere bevorzugt ist der Temperaturschalter ein
Bimetallschalter. Das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses ist somit ein Regel-Element, das als temperaturabhängiger Leiter (insbesondere mit optimierter Kennlinie) und/oder als Temperaturschalter ausgeführt ist, oder diese Bauteile umfasst. Diese Bauteile sind typischerweise wärmeleitend auf der wenigstens einen Batteriezelle oder alternativ auf einem Batteriemodul, einer Subunit oder einer Batterie, welche die wenigstens eine Batteriezelle umfassen, angebracht.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der
Temperaturschalter in Reihe zu dem Kaltleiter oder dem Heißleiter geschaltet. Durch den in Reihe geschalteten Temperaturschalter kann eine vollständige Unterbindung des Stromflusses durch das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses ober- oder unterhalb einer vordefinierten Temperatur erreicht werden. Gleichzeitig kann über oder unter der vordefinierten Temperatur eine kontinuierliche Regelung mittels des Kalt- oder Heißleiters erfolgen. Bevorzugt ist der Temperaturschalter parallel zu dem Kaltleiter oder dem
Heißleiter geschaltet. Somit kann eine weitere Sicherheitserhöhung stattfinden, indem der Kaltleiter oder der Heißleiter ober- oder unterhalb einer
Grenztemperatur durch den Temperaturschalter überbrückt wird. Somit kann zum Beispiel ein zur Kühlung eingesetzter Heißleiter oberhalb einer
vordefinierten (kritischen) Temperatur überbrückt werden. Somit wird das thermoelektrische Element ohne einen Spannungsabfall am Heißleiter mit Strom versorgt.
Bevorzugt ist eine Überwachung durch das Batterie-Management-System (BMS) möglich.
Vorzugsweise sind das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses und das thermoelektrische Element elektrisch leitfähig mit den Polanschlüssen der wenigstens einen Batteriezelle verbunden. Somit bilden die wenigstens eine Batteriezelle und das thermoelektrische Element eine Einheit. Ferner bevorzugt sind das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses und das thermoelektrische Element elektrisch leitfähig mit den Polanschlüssen eines Batteriemoduls, einer Subunit oder einer Batterie verbunden, welche die wenigstens eine Batteriezelle umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Batteriesystem dazu eingerichtet, mittels des thermoelektrischen Elementes die wenigstens eine Batteriezelle zu kühlen und/oder zu erwärmen. Durch den thermoelektrischen Effekt wird in Abhängigkeit des Stromflusses und der Stromrichtung durch das thermoelektrische Element die Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle geregelt. Dadurch wird der thermoelektrische Effekt zur Temperaturregelung, insbesondere durch Kühlung genutzt. Ein Kühlen oder Erwärmen (zum Beispiel bei einem Kaltstart) mit demselben thermoelektrischen Element ist je nach Richtung des Stromflusses möglich. Dafür können auch weitere elektrische oder elektronische - dem Fachmann geläufige - Bauteile vorgesehen werden. Die Energieversorgung zur Temperierung übernimmt bevorzugt die wenigstens eine Batteriezelle oder ein Batteriemodul, eine Subunit oder eine Batterie, welche die wenigstens eine Batteriezelle umfassen. Bevorzugt ist das Batteriesystem dazu eingerichtet, mittels des
thermoelektrischen Elementes aus einer Abwärme der wenigstens einen Batteriezelle elektrische Energie zu erzeugen. Durch den thermoelektrischen Effekt kann aus Wärme Strom gewonnen werden. Mittels der oben genannten Ausgestaltung wird eine Nutzung des thermoelektrischen Effekts zur
Temperaturregelung der wenigstens einen Batteriezelle ermöglicht. Durch die Nutzung der Abwärme erfolgt eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades, welcher in einer erhöhten Reichweite eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges resultiert.
Bevorzugt ist das Batteriesystem dazu eingerichtet, eine von dem
thermoelektrischen Element zur Verfügung gestellte elektrische Energie in die wenigstens eine Batteriezelle einzuspeisen. Dadurch ist die wenigstens eine Batteriezelle in die Energiegewinnung und deren Speicherung involviert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle (Sekundärzelle). Durch
Verwendung der Lithium-Ionen-Technologie wird insbesondere eine hohe Energiedichte erreicht, was besonders im Bereich der Elektromobilität weitere Vorteile mit sich bringt.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug, umfassend das erfindungsgemäße
Batteriesystem, zur Verfügung gestellt. Das Batteriesystem ist in der Regel zur Speisung eines elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Batteriezelle, ein Batteriemodul und eine Batterie (Stand der Technik), Figur 2 Ausgestaltungen von thermisch steuerbaren Mitteln zur Beeinflussung eines Stromflusses,
Figur 3 weitere Ausgestaltungen von thermisch steuerbaren Mitteln zur
Beeinflussung eines Stromflusses, und
Figur 4 eine vereinfachte, prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung. Auf Figur 1 wurde bereits zur Erläuterung des Standes der Technik eingegangen.
Figur 2 zeigt schematisch zwei Varianten von thermisch steuerbaren Mitteln zur Beeinflussung eines Stromflusses 18. Diese dienen in Verbindung mit einem thermoelektrischen Element 16 zur Steuerung und/oder Regelung einer
Temperierung. Es ist jeweils ein Ausschnitt einer Batteriezelle 10 dargestellt, welche ein Batteriezellengehäuse 24 und Polanschlüsse 20 (Zell-Terminals) umfasst, wobei die Polanschlüsse 20 mittels eines Isolators 22 von dem
Batteriezellengehäuse 24 elektrisch isoliert sein können. Das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 kann wärmeleitend mit der Batteriezelle 10, insbesondere mit dem Batteriezellengehäuse 24 verbunden, typischerweise auf diesem angebracht sein.
Zudem kann das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines
Stromflusses 18 auch wärmeleitend mit einem Batteriemodul 12, einer Subunit oder einer Batterie 14, welche die Batteriezelle 10 umfassen, verbunden und üblicherweise auf oder innerhalb dieser angebracht sein.
In der oberen Darstellung in Figur 2 ist ein Temperaturschalter in Form eines Bimetallschalters dargestellt. Dieser kann ausgebildet sein, bei Über- oder Unterschreiten einer vordefinierten Temperatur zu schließen oder zu öffnen.
Sinnvolle Anwendungen sind beispielsweise das Schließen beim Überschreiten einer vordefinierten Temperatur zum Kühlen der Batteriezelle 10 oder das Schließen beim Unterschreiten einer vordefinierten Temperatur zum Erwärmen der Batteriezelle 10. In der unteren Darstellung in Figur 2 ist das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 mittels eines temperaturabhängigen Leitermaterials und/oder eines Widerstandes, also zum Beispiel einem Kaltleiter abgebildet. Der Kaltleiter weist einen, sich mit zunehmenden Temperaturen erhöhenden Widerstand auf. Ein zu dem Kaltleiter in Reihe geschaltetes thermoelektrisches Element kann somit bei niedrigeren Temperaturen mit einem höheren Strom versorgt werden als bei höheren Temperaturen. Somit sind Kaltleiter insbesondere bei Realisierungen zum Erwärmen sinnvoll. Der Kaltleiter übernimmt somit die Regelung und/oder Steuerung der Temperierung. Solche Leitermaterialien sind insbesondere für eine Erwärmung, zum Beispiel bei einem
Kaltstart sinnvoll.
Alternativ dazu können auch Heißleiter zur Realisierung des thermisch steuerbaren Mittels zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 beitragen. Der Heißleiter weist einen, sich mit zunehmenden Temperaturen verringernden
Widerstand auf. Ein zu dem Heißleiter in Reihe geschaltetes thermoelektrisches Element wird somit bei niedrigeren Temperaturen mit einem geringeren Strom versorgt als bei höheren Temperaturen. Somit sind Heißleiter insbesondere bei Realisierungen zum Kühlen sinnvoll.
Das temperaturabhängige Leitermaterial und/oder der Widerstand weisen bevorzugt eine Kennlinie mit relativ hohem Widerstand (also einem sehr geringen resultierenden Stromfluss) bei einer gewünschten (zu erreichenden) Temperatur auf. Zudem sollte die Kennlinie einen steilen Abfall des Widerstandes
(resultierend in einem steilen Anstieg des Stromflusses) aufweisen. Ab
Temperaturen von 60°C, insbesondere bei Annäherung an eine
sicherheitskritische Temperatur sollte die Kennlinie einen relativ geringen Widerstand aufweisen, welcher in einen relativ hohen Stromfluss resultiert. In der oberen Darstellung in Figur 3 ist das thermisch steuerbare Mittel zur
Beeinflussung eines Stromflusses 18 als eine Kombination aus einem
Temperaturschalter und einem Kaltleiter ausgebildet. Der Temperaturschalter kann wiederum als Bimetallschalter ausgebildet sein und ist mit dem Kaltleiter in Reihe geschaltet. Der Temperaturschalter ist dabei bei Temperaturen größer einer vordefinierten Temperatur geöffnet und bei Temperaturen kleiner der vordefinierten Temperatur geschlossen. Somit ergibt sich bei Temperaturen kleiner der vordefinierten Temperatur dieselbe Funktionsweise wie bei dem in Figur 2 beschriebenen Kaltleiter, beim Überschreiten der vordefinierten
Temperatur öffnet jedoch der Temperaturschalter. Dadurch wird bei
Temperaturen größer der vordefinierten Temperatur der Stromfluss durch den Temperaturschalter vollständig unterbrochen und nicht nur reduziert, wie bei der alleinigen Verwendung eines Kaltleiters.
Das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 kann ferner als eine Kombination aus einem Temperaturschalter und einem Heißleiter ausgebildet sein. Der Temperaturschalter kann wiederum als Bimetallschalter ausgebildet sein und ist mit dem Heißleiter in Reihe geschaltet. Der
Temperaturschalter ist dabei bei Temperaturen kleiner einer vordefinierten Temperatur geöffnet und bei Temperaturen größer der vordefinierten Temperatu geschlossen. Somit ergibt sich bei Temperaturen größer der vordefinierten Temperatur dieselbe Funktionsweise wie bei dem in Figur 2 beschriebenen Heißleiter, beim Unterschreiten der vordefinierten Temperatur öffnet jedoch der Temperaturschalter. Dadurch wird bei Temperaturen kleiner der vordefinierten Temperatur der Stromfluss durch den Temperaturschalter vollständig unterbrochen und nicht nur reduziert, wie bei der alleinigen Verwendung eines Heißleiters.
In der unteren Darstellung in Figur 3 ist das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 als eine weitere Kombination aus einem Temperaturschalter und einem Kaltleiter ausgebildet. Der Temperaturschalter kann wiederum als Bimetallschalter ausgebildet sein und ist mit dem Kaltleiter parallel geschaltet. Der Temperaturschalter ist dabei bei Temperaturen größer einer Grenztemperatur geöffnet und bei Temperaturen kleiner der
Grenztemperatur geschlossen. Somit ergibt sich bei Temperaturen größer der Grenztemperatur dieselbe Funktionsweise wie bei dem in Figur 2 beschriebenen Kaltleiter, beim Unterschreiten der Grenztemperatur schließt jedoch der Temperaturschalter. Dadurch wird bei Temperaturen kleiner der
Grenztemperatur der Kaltleiter überbrückt, wodurch das thermoelektrische Element 16 ohne Spannungsabfall am Kaltleiter mit Strom versorgt werden kann Das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 kann auch aus einem Temperaturschalter und einem Heißleiter ausgebildet sein. Der Temperaturschalter kann wiederum als Bimetallschalter ausgebildet sein und ist mit dem Heißleiter parallel geschaltet. Der Temperaturschalter ist dabei bei Temperaturen kleiner einer Grenztemperatur geöffnet und bei Temperaturen größer der Grenztemperatur geschlossen. Somit ergibt sich bei Temperaturen kleiner der Grenztemperatur dieselbe Funktionsweise wie bei dem in Figur 2 beschriebenen Heißleiter, beim Überschreiten der Grenztemperatur schließt jedoch der Temperaturschalter. Dadurch wird bei Temperaturen größer der Grenztemperatur der Heißleiter überbrückt, wodurch das thermoelektrische Element 16 ohne Spannungsabfall am Heißleiter mit Strom versorgt werden kann.
Zudem sind Kombinationen aus den oben beschriebenen Parallel- und
Reihenschaltungen denkbar, wodurch sich deren Vorteile vereinen lassen. Figur 4 zeigt eine schematisch vereinfachte, prinzipielle Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Batteriesystem umfasst neben einer Batteriezelle 10 ein thermoelektrisches Element 16 (zum Beispiel ein Peltier-Element) und ein thermisch steuerbares Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18, welche mit der Batteriezelle 10 wärmegekoppelt sind. Somit stehen das
thermoelektrische Element 16 und das thermisch steuerbare Mittel zur
Beeinflussung eines Stromflusses 18 in einem thermischen Kontakt zur
Batteriezelle 10. In der gezeigten Ausgestaltung sind das thermoelektrische Element 16 und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 wärmeleitend an einem Batteriezellengehäuse 24 der
Batteriezelle 10 angeordnet. An der, der Batteriezelle 10 abgewandten Seite des thermoelektrischen Elementes 16 ist ein Festkörper 28 mit typischerweise sehr guten Wärmeleiteigenschaften angeordnet und mit dem thermoelektrischen Element 16 wärmeleitend verbunden. Üblicherweise handelt es sich dabei um einen Kühlkörper oder ein Bauteil mit hoher Wärmekapazität. Mittels eines analogen Aufbaus können auch ein Batteriemodul 12, eine Subunit oder eine Batterie 14 (oder zum Beispiel auch eine Subunit) temperiert werden, welche die Batteriezelle 10 umfassen.
Ein thermoelektrisches Element 16 umfasst typischerweise wenigstens ei und einen P-dotierten Halbleiter 26, welche in Reihe geschaltet sind. Im gezeigten Batteriesystem soll das thermoelektrische Element 16 zur Kühlung dienen, weshalb der mit dem negativen Polanschluss 20 der Batteriezelle 10 verbundene Halbleiter 26 (in Figur 4 links) der P-dotierte Halbleiter ist. Folglich ist der in Figur 4 rechts gezeigte Halbleiter 26 der N-dotierte Halbleiter.
Das thermoelektrische Element 16 ist mit dem thermisch steuerbaren Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 in Reihe geschaltet und daran
anschließend mit dem negativen Polanschluss 20 verschaltet. Der Stromkreis wird durch eine Verschaltung des thermoelektrischen Elementes 16 mit dem positiven Polanschluss 20 geschlossen. Das Batteriezellengehäuse 24 der gezeigten Batteriezelle 10 ist mit dem positiven Polanschluss 20 elektrisch leitfähig verbunden, von dem negativen Polanschluss 20 jedoch durch einen Isolator 22 elektrisch isoliert. Somit weist das Batteriezellengehäuse 24 das Potenzial des positiven Polanschlusses 20 auf. Dadurch kann das
thermoelektrische Element 16 anstatt mit dem positiven Polanschluss 20 auch mit dem Batteriezellengehäuse 24 verschaltet sein. Im gezeigten Beispiel übernimmt somit die Batteriezelle 10 die Energieversorgung zur Temperierung. Analog dazu können auch ein Batteriemodul 12, eine Subunit oder eine Batterie 14, welche die Batteriezelle 10 umfassen, die Energieversorgung zur
Temperierung übernehmen.
Das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 ist analog dem der oberen Abbildung in Figur 3, jedoch mit einem Heißleiter anstatt des Kaltleiters aufgebaut.
Dem in Figur 4 gezeigten Batteriesystem liegt folgende Funktionsweise zugrunde:
Bei Temperaturen der Batteriezelle 10 und somit auch des thermisch
steuerbaren Mittels zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 kleiner einer vordefinierten Temperatur ist der Temperaturschalter geöffnet - es fließt somit kein Strom durch das thermoelektrische Element 16. Bei Temperaturen größer (oder auch gleich) einer vordefinierten Temperatur ist der Temperaturschalter geschlossen - der Stromfluss durch das thermoelektrische Element 16 wird durch den Heißleiter geregelt. Mit zunehmender Temperatur sinkt der
Widerstandswert des Heißleiters, wodurch das thermoelektrische Element 16 bei höheren Temperaturen der Batteriezelle 10 mit höheren Strömen als bei niedrigeren Temperaturen versorgt wird. Sinkt aufgrund der Kühlwirkung des thermoelektrischen Elements 16 die Temperatur der Batteriezelle 10 und somit auch des thermisch steuerbaren Mittels zur Beeinflussung eines Stromflusses 18, so wird die Kühlleistung des thermoelektrischen Elements 16 zunehmend reduziert. Beim Erreichen der vorgegebenen Temperatur wird das
thermoelektrische Element 16 durch den Temperaturschalter abgeschaltet.
Für eine Heizung mittels des thermoelektrischen Elementes 16 kann zum Beispiel anstatt des Heißleiters ein Kaltleiter verwendet werden. Zudem ist der Temperaturschalter dann dazu ausgebildet, erst beim Überschreiten einer Grenztemperatur zu schließen. Zudem wird durch geeignete Mittel ein umgekehrter Stromfluss durch das thermoelektrische Element 16 sichergestellt.
Ebenso ist eine Stromerzeugung aus der Abwärme der Batteriezelle 10 denkbar. Dazu findet als thermoelektrisches Element 16 ein thermoelektrischer Generator Verwendung. In der Regel sind auch Peltier-Elemente dazu geeignet, als thermoelektrische Generatoren betrieben zu werden. Das thermoelektrische Element, also der thermoelektrische Generator 16, gegebenenfalls auch das Peltier-Element können aus einem Teil der Abwärme der Batteriezelle 10 elektrische Energie erzeugen.
Wegen des in der Regel relativ schlechten Wirkungsgrades des
thermoelektrischen Elements 16 sollte das Gesamtsystem auf eine
geringstmögliche Kühlleistung optimiert werden. Für solche Systeme ist eine Temperierung mittels eines thermoelektrischen Elementes 16 aufgrund der bereits genannten Vorteile jedoch optimal geeignet. Je nach Positionierung und/oder Anbindung des thermisch steuerbaren Mittels zur Beeinflussung eines Stromflusses 18 in Abhängigkeit von Wärmeübergängen und Kühlkörpern (heat sinks) werden eine Erwärmung durch chemische Prozesse in der Batteriezelle und/oder physikalische Prozesse wie eine Erwärmung von elektrischen Leitern durch den Stromfluss und Widerstand berücksichtigt.

Claims

Ansprüche
Batteriesystem, umfassend wenigstens eine Batteriezelle (10), ein thermoelektrisches Element (16) und ein thermisch steuerbares Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18), wobei das thermoelektrische Element (16) und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18) mit der wenigstens einen Batteriezelle (10)
wärmegekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
das thermoelektrische Element (16) und das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18) in Reihe geschaltet sind.
Batteriesystem nach Anspruch 1 , wobei das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18) einen Temperaturschalter, einen Kaltleiter und/oder einen Heißleiter umfasst.
Batteriesystem nach Anspruch 2, wobei der Temperaturschalter in Reihe zu dem Kaltleiter oder dem Heißleiter geschaltet ist.
Batteriesystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Temperaturschalter parallel zu dem Kaltleiter oder dem Heißleiter geschaltet ist.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem dazu eingerichtet ist, mittels des thermoelektrischen
Elementes (16) die wenigstens eine Batteriezelle (10) zu kühlen und/oder zu erwärmen.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem dazu eingerichtet ist, mittels des thermoelektrischen
Elementes (16) aus einer Abwärme der wenigstens einen Batteriezelle (10) elektrische Energie zu erzeugen.
7. Batteriesystem nach Anspruch 6, wobei das Batteriesystem dazu
eingerichtet ist, eine von dem thermoelektrischen Element (16) zur
Verfügung gestellte elektrische Energie in die wenigstens eine Batteriezelle (10) einzuspeisen.
8. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
thermoelektrische Element (16) ein Peltier-Element ist.
9. Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das thermisch steuerbare Mittel zur Beeinflussung eines Stromflusses (18) und das thermoelektrische Element (16) elektrisch leitfähig mit den
Polanschlüssen (20) der wenigstens einen Batteriezelle (10) verbunden sind.
10. Kraftfahrzeug, umfassend ein Batteriesystem nach einem der
vorhergehenden Ansprüchen.
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