WO2015169273A1 - Vorrichtung zur temperierung eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen energiespeichers - Google Patents

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energy storage
thermally coupled
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Martin Adldinger
Marco Ranalli
Wei Zhou
Uwe Gerlinger
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Gentherm Gmbh
Audi Ag
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Definitions

  • the invention relates to a device for temperature control of a vehicle-side electrical energy storage, comprising at least one tempering device comprising at least one Peltier element, which is thermally coupled or thermally coupled to the or to be tempered motor vehicle side electrical energy storage.
  • Such devices for temperature control, d. H. for heating or cooling, of electrical energy storage devices are basically known and are used in the field of automotive engineering use.
  • Corresponding devices typically comprise tempering devices, which in turn comprise or are designed as thermoelectric transducers in the form of Peltier elements.
  • Corresponding tempering devices are to be coupled with a heat sink or a heat source, depending on the operating mode. In the field of automotive engineering, it is customary to use the air surrounding the tempering device as a heat sink or heat source.
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved device for controlling the temperature of a vehicle-side electrical energy storage.
  • the object is achieved by a device of the aforementioned type, which is inventively characterized in that the at least one tempering device is also thermally coupled with at least one Temperier crampkeitsreservoir containing at least one temperature control liquid.
  • the principle of the invention relates to a particular device for controlling the temperature of at least one motor vehicle side, ie indirectly or directly connectable to a part of a body of a motor vehicle or connected, electrical energy storage.
  • electrical energy storage is an arrangement of an electrical energy storage cell or a plurality of electrically interconnected electrical energy storage cells, which (r) is included in an energy storage housing or are to be understood.
  • energy store therefore always relates to an arrangement of one or more corresponding energy storage cell (s) formed, for example, from an energy storage material formed on lithium or a lithium compound, which is or are accommodated in an energy storage housing
  • electrical connection means are set up, via which an electrical connection of the energy store to at least one third object, such as an electric generator or an electrical consumer, is possible.
  • the device comprises at least one tempering device.
  • the temperature control device is thermally coupled to the energy store (s) to be tempered.
  • the thermal coupling of the tempering with or to be tempered energy storage (s) allows indirect or direct heat exchange between the tempering and the or to be tempered energy storage (s) and thus heating or cooling of or to be tempered energy storage (s).
  • the term "tempering” thus includes heating as well as heating In the relevant specialist circles, the term “conditioning” is used regularly instead of the term “tempering”.
  • the tempering device comprises at least one Peltier element or is designed as such.
  • a Peltier element is generally to be understood as a thermoelectric converter which, based on the Peltier element, is based on the Peltier element. Animal effect - is designed or adapted to cool when applying an electric current to a first heat exchange surface and to heat at a second heat exchange surface.
  • Peltier elements are an array of differently doped or configured semiconductor elements which, when energized, occupy different temperature levels, in each case in comparison to a given starting temperature.
  • a targeted heating of a first heat exchange surface of a Peltier element and correspondingly a targeted cooling of a second heat exchange surface of the Peltier element, or vice versa can be realized as a function of current intensity and current direction.
  • the heat exchange surfaces of the Peltier element are formed, for example, of aluminum oxide.
  • the semiconductor elements of the Peltier element are typically p- or n-doped. Specifically, these may be, for example, bismuth telluride or silicon germanium.
  • the electrical energy (current) required for the operation of the Peltier element can be provided, for example, via the energy store to be tempered and / or a further electrical energy store on the vehicle side.
  • the at least one tempering device is additionally thermally coupled with at least one tempering liquid reservoir, which contains at least one tempering liquid.
  • the additional thermal coupling of the tempering device with the or at least one Temperier deviskeitsreservoir allows direct or indirect heat exchange between the tempering and Temperier crampkeitsreservoir.
  • the thermal coupling of the tempering device with a corresponding Temperier basicallykeitsreservoir increases the efficiency and efficiency of the tempering considerably. This is due to the fact that the Temperiernierkeitsreservoir, ie in particular the temperature control liquid contained in this, in which it is z. B. to water or a mixture from water and at least one organic liquid, in particular glycol, can be used as heat sink or heat source.
  • the Temperiernierkeitsreservoir ie in particular the temperature control liquid contained in this, in which it is z. B. to water or a mixture from water and at least one organic liquid, in particular glycol, can be used as heat sink or heat source.
  • tempering associated heat sink or heat source allows, in particular compared to the known from the prior art use of a gas such.
  • a gas such as air
  • heat can optionally be supplied faster and better. This results in an overall improved tempering or tempering of the energy store or the energy store to be tempered, and thus an overall improved device.
  • the tempering device can be thermally coupled directly or indirectly to the energy store or to be tempered.
  • an indirect thermal coupling is provided, according to which the tempering is thermally coupled or coupled to the or an energy storage via at least one connected between the tempering and the energy storage, by a, in particular gaseous, tempering medium or flowed through first heat exchanger.
  • the first heat exchanger is typically connected, at least in sections, in a channel structure through which or through a temperature control medium or through which a temperature control medium flows in order to correspondingly temper a temperature control medium flowing through it. Consequently, by means of the first heat exchanger, a heat exchange between the tempering and a corresponding temperature control is possible.
  • the channel structure starts at the energy store to be tempered or continues into or through it, so that a sufficient heat exchange between the energy store and the temperature control medium flowing through it is possible.
  • the Energy storage device typically has supply means for supplying a temperature control medium to be supplied thereto, and laxative means for discharging a tempering medium to be discharged therefrom, typically after it has flowed through.
  • the tempering medium can basically be a gas or a gas mixture or a liquid or a liquid mixture.
  • gases d. H. z.
  • air is preferable in terms of safety aspects, as such, especially in comparison to electrically conductive liquids, d. H. z.
  • electrically conductive liquids d. H. z.
  • water the risk of electrical short shots within the energy storage and thus possibly associated damage to the energy storage is reduced.
  • At least one conveying device for conveying the or a tempering medium along at least one tempering device side heat exchange surface or along a heat exchange surface of the heat exchanger downstream of the tempering device may be present.
  • the first conveyor at least one pump device, such. B. a rotary pump, or at least one suction and / or blower device such.
  • a fan include or be designed as such.
  • the tempering device may additionally be thermally coupled directly or indirectly to the at least one tempering liquid reservoir.
  • an indirect thermal coupling is also provided here, according to which the tempering is thermally coupled to the Temperier crampkeitsreservoir via at least one connected between the tempering and the Temperier modernkeitsreservoir further heat exchanger.
  • the further heat exchanger by means of the further heat exchanger, a heat exchange between the tempering and the Temperier modernkeitsreservoir respectively the bath is possible.
  • the at least one further heat exchanger is connected to the Temperierniersreservoir to form a permeable or flowed through by the heat transfer tempering.
  • the line structure therefore comprises, in particular, a feed line from the temperature control liquid reservoir into the further heat exchanger and a feed line from the further heat exchanger into the temperature control liquid reservoir.
  • Such a conveyor can at least one pump device, such.
  • a rotary pump include or be designed as such.
  • the conveyor may be integrated in the Temperier crampkeitsreservoir.
  • the invention further relates to an energy storage arrangement which comprises at least one energy storage device on the vehicle side and at least one device according to the invention for its temperature control. Consequently, all statements in connection with the device according to the invention as well as in connection with the variants described in this regard apply analogously to the energy storage arrangement according to the invention.
  • the energy storage arrangement may comprise a recording device which can be closed off to the outside or is closed to receive the at least one electrical energy store and the device.
  • a recording device which can be closed off to the outside or is closed to receive the at least one electrical energy store and the device.
  • a housing-like receiving device or in such a receiving device within which in particular the one or more to be tempered energy storage and the device, ie in particular the associated this tempering, can be arranged, For example, a further temperature-control circuit surrounding the energy store outside can be realized.
  • a first tempering zone is formed within the energy store (s) to be tempered.
  • a second tempering zone is formed by the energy store or reservoirs to be tempered within the receiving device on the outside surrounding area of the receiving space.
  • a third tempering zone is formed by the or a temperature control circuit formed between the tempering device and the tempering liquid reservoir and through which the tempering liquid flows.
  • a fourth tempering zone is defined by the region surrounding the receiving device on the outside, i. H. the environment formed outside the recording device. As will be seen below, the tempering zones typically differ in their respective temperatures or heat contents.
  • the temperature control medium is heated by means of the tempering device such that the highest temperature prevails in the first temperature control zone.
  • the temperature of the first tempering zone is therefore above the temperature of the other tempering zones. Accordingly, heating or heating of the energy store takes place in the first tempering zone.
  • the outlet temperature of the tempering medium emerging from the energy store in the receiving device-side receiving space is due to heating or heating of the energy store below the inlet temperature in the energy storage.
  • the outlet temperature of the tempering medium emerging from the energy store into the receiving space is typically higher than the temperature of the medium present in the receiving space, ie typically air, so that the second tempering zone heats up.
  • the medium present in the receiving space can therefore also serve as a corresponding tempering medium.
  • the heat required for heating the tempering medium before it enters the energy store and thus into the first tempering zone is provided via the tempering device.
  • the Temperier Wegtechniksreservoir or the Temperier basicallykeit serve as a heat source to support the fastest possible and efficient heating of the tempering.
  • the Temperier diligentkeitsreservoir respectively the Temperierniankeit is cooled by deprivation of heat. Consequently, the temperature or the heat content of the temperature control liquid reservoir or of the temperature control liquid decreases.
  • a heat can be supplied to the heat transfer fluid reservoir or the heat transfer fluid via heat-emitting or heat-generating components or devices present on the vehicle side.
  • motor vehicle side existing heat-emitting or heat-generating components or facilities may be such.
  • electric motors and / or internal combustion engines, etc. act.
  • the Temperier basicallykeitsreservoir thermally coupled with appropriate heat or heat generating devices or components is coupled.
  • the thermal coupling can be achieved by means of heat-conducting structures between the respective heat-emitting or generating device or component and take place the Temperier thoroughlykeitsreservoir.
  • Corresponding thermally conductive structures are preferably made of thermally highly conductive materials, such. As aluminum, copper, etc. formed. It is possible that they are deliberately introduced or integrated into the bodywork of the motor vehicle for this purpose or are already present on the body side. With the same purpose thermally coupled heat exchanger can be introduced into the body of the motor vehicle with the Temperier deviskeitsreservoir integrated or thermally coupled coupled to this.
  • the temperature control medium is cooled in a cooling operation of the device by means of the temperature control such that in the first temperature control zone, the lowest temperature prevails.
  • the temperature of the first tempering zone is therefore below the temperature of the other tempering zones. Accordingly, cooling of the energy store takes place in the first tempering zone.
  • the outlet temperature of the tempering medium emerging from the energy store in the receiving device-side receiving space is above the inlet temperature into the energy store by cooling the energy store.
  • the exit temperature of the tempering medium emerging from the energy store into the receiving space is typically lower than the temperature of the medium present in the receiving space, ie. H. typically air, so that the second tempering zone is cooled.
  • H. typically air
  • the heat required to cool the tempering medium before it enters the energy store and thus into the first tempering zone is removed from the tempering medium via the tempering device.
  • the Temperier diligentkeitsreservoir or the Temperiernier serve as a heat sink to support the fastest possible and efficient cooling of the tempering.
  • the Temperier diligentkeitsreservoir respectively the tempering is thereby by the Waste heat of the tempering heated. Consequently, the temperature or the heat content of the Temperier diligentkeitsreservoirs increases.
  • the Temperiernier- keitsreservoir heat can be removed via motor vehicle side existing heat-absorbing or heat-requiring components or devices.
  • the temperature-control reservoir or the temperature-control fluid may be thermally coupled to corresponding heat-absorbing or heat-requiring devices or components, which in turn emit the corresponding embodiments in connection with the heat that can be used on the motor vehicle side or heat-generating devices or components is referenced.
  • the invention further relates to a motor vehicle, which comprises at least one energy storage device according to the invention. Consequently, all statements in connection with the energy storage arrangement according to the invention and with the variants described in this regard and consequently also all embodiments in connection with the device according to the invention and with the variants described in this respect apply analogously to the motor vehicle according to the invention.
  • the at least one device and thus energy storage device arrangement-side temperature control reservoir is expedient with at least one motor vehicle side temperature control for temperature control of a motor vehicle side object, in particular at least one motor vehicle side steering wheel, seat or mirror temperature, and / or a motor vehicle side temperature control for temperature control of a motor vehicle side passenger compartment, in particular a motor vehicle side air conditioning, and / or the body of the motor vehicle, in particular at least one exposed outer surface of the body of the motor vehicle, and / or a motor vehicle side drive unit, such.
  • a motor vehicle side temperature control for temperature control of a motor vehicle side object, in particular at least one motor vehicle side steering wheel, seat or mirror temperature
  • a motor vehicle side temperature control for temperature control of a motor vehicle side passenger compartment
  • a motor vehicle side air conditioning in particular a motor vehicle side air conditioning
  • the body of the motor vehicle in particular at least one exposed outer surface of the body of the motor vehicle, and / or a motor vehicle side drive unit, such.
  • an electric motor and / or an internal combustion engine thermal
  • such a vehicle-side outer surface is to be understood as an outer surface which is exposed to a driving wind when the motor vehicle is traveling. Heat can be taken from the body of the motor vehicle via the airstream, which is advantageous in particular with regard to the cooling operation of the device described above.
  • the exposed outer surface of the body of the motor vehicle, which is thermally coupled to the at least one tempering liquid reservoir, is therefore an underbody of the motor vehicle, for example.
  • At least one thermally coupled to the Temperier diligentkeitsreservoir heat exchanger is integrated in the at least one Temperier diligentkeitsreservoir thermally coupled exposed outer surface of the body of the motor vehicle or in such having a motor vehicle side component.
  • Fig. 1, 2 each a schematic diagram of a device according to an embodiment of the invention.
  • 1 shows a schematic illustration of a device 1 for controlling the temperature of a motor vehicle side, ie motor vehicle side, built-in electrical energy storage device 2 according to an embodiment of the invention.
  • the energy storage 2 is z.
  • Example a plurality of electrically interconnected, lithium-based and in a common energy storage housing (not shown) recorded energy storage cells (not shown) having lithium energy storage.
  • the energy storage 2 is generally the electrical supply motor-side electrical consumers and is therefore connected to a motor vehicle-side electrical system (not shown).
  • the device 1 comprises a tempering device 3 comprising at least one Peltier element (not shown).
  • the tempering device 3 is thermally coupled to the energy store 2 to be tempered. Accordingly, the energy storage 2 can be heated or cooled by means of the tempering device 3.
  • the electrical supply of the Peltier element required for its operation takes place via the energy store 2 to be tempered.
  • the thermal coupling between the tempering device 3 and the energy storage 2 is realized via a heat exchanger 4 connected between them.
  • the heat exchanger 4 is in an at least one of a temperature control medium, such as. B. air, flow-through flow channel limiting, indicated by the arrows channel structure 5 is switched.
  • the channel structure 5 is preceded by a first conveying device 6 in the form of a blower device by means of which the temperature control medium can be conveyed through the channel structure 5, along a heat exchange surface projecting into the channel structure 5 of the heat exchanger 4 and further into the energy store 2.
  • a first conveying device 6 in the form of a blower device by means of which the temperature control medium can be conveyed through the channel structure 5, along a heat exchange surface projecting into the channel structure 5 of the heat exchanger 4 and further into the energy store 2.
  • a single conveyor 6 is provided, which causes a comparatively low noise during operation of the device 1.
  • the device 1 further comprises a a Temperier messkeit such. B. water, containing Temperier deviskeitsreservoir 7, z.
  • a temperrier messkeit such. B. water, containing Temperier reliekeitsreservoir 7, z.
  • the tempering device 3 is also thermally coupled to the tempering liquid reservoir 7.
  • the thermal coupling between the tempering device 3 and the Temperier reliekeitsreservoir 7 is realized via a connected between these other heat exchanger 8.
  • the further heat exchanger 8 is connected to the Temperier basicallykeitsreservoir 7 to form a flowed through by the temperature control Temperier Vietnameselaufs.
  • a line structure 9 is formed between the further heat exchanger 8 and the Temperier basicallykeitsreservoir, within which the temperature control of the Temperier basicallykeitsreservoir 7 in the other heat exchanger 8, and vice versa, flow like a circle or circulate like a circle.
  • the line structure 9 comprises a feed line 9a from the tempering liquid reservoir 7 into the further heat exchanger 8 and a feed line 9b from the further heat exchanger 8 into the tempering liquid reservoir 7.
  • the feed lines 9a, 9b are again represented by arrows.
  • a conveyor 10 is integrated in the form of a pump device, which serves to promote the bath by the line structure 9 and between the Temperier reliekeitsreservoir 7 and the other heat exchanger 8.
  • the or another conveyor 10 z. B. also be connected in the line structure 9.
  • the tempering liquid reservoir 7 or the tempering liquid serves as the heat sink or heat source assigned to the tempering device 3 and leads to a considerable increase in the efficiency or the efficiency of the tempering device 3 or the device 1 as a whole.
  • the energy storage 2 can therefore very efficiently tempered, d. H. heated or cooled.
  • the temperature control fluid reservoir 7 is further connected to the body 1 of the motor vehicle 12 or to the body 11 of the motor vehicle 12. tied component or a connected to the body 11 of the motor vehicle 12 device such.
  • a tempering device 13 for temperature control of a motor vehicle side passenger compartment ie in particular a motor vehicle side air conditioning, or a tempering device 14 for temperature control of a motor vehicle-side object such.
  • a motor vehicle side steering wheel, seat or mirror tempering device thermally coupled.
  • Heat can be introduced into the tempering liquid reservoir 7 and thus into the tempering liquid via the tempering devices 13, 14, which may be expedient for a particularly efficient heating operation of the device 1.
  • heat can also be taken off from the temperature-control liquid reservoir 7 and thus from the temperature-control liquid via the tempering devices 13, 14, which may be expedient for a particularly efficient cooling operation of the device 1.
  • Temperier folkkeitsreservoir 7 is also thermally with an exposed outer surface of the body 11 of the motor vehicle 12, such. B. an underbody coupled. In this way, heat can likewise be taken from the temperature-control liquid reservoir 7 via the travel wind produced when the motor vehicle 12 is moving.
  • At least one further heat exchanger thermally coupled to the heat transfer liquid reservoir 7 may be integrated in the exposed outer surface of the body 11 of the motor vehicle 12 thermally coupled to the at least one heat transfer liquid reservoir 7.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device 1 for temperature control of a motor vehicle-side electrical energy store 2 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the energy storage arrangement consisting of energy storage device 2 and device 1, which is unspecified in FIG a receiving space 15 limiting, closed, ie sealed to the outside, receiving device 16, in which the device 1 as well as the energy storage 2 are added.
  • the receiving device 16 may have a trough-like shape.
  • thermo zones TZ1, TZ2, TZ3, TZ4 each having different temperatures and thus different heat contents.
  • the tempering medium flows in particular through the temperature control zones TZ1 and TZ2.
  • the flow of the tempering medium is shown by the arrows.
  • a first tempering zone TZ1 is formed within the energy store 2 to be tempered.
  • a second tempering zone TZ2 is formed by the energy storage 2 to be tempered within the receiving device 16 on the outside surrounding region of the receiving space 15.
  • a third tempering zone TZ3 is formed by the tempering circuit formed between the tempering device 3 and the tempering liquid reservoir 7 and through which the tempering liquid flows.
  • a fourth tempering zone TZ4 is defined by the area surrounding the receiving device 16 on the outside, ie. H. the environment outside the receiving device 16 is formed.
  • the temperature control medium is heated by means of the temperature control device 3 in such a way that the highest temperature prevails in the first temperature control zone TZ1.
  • the temperature of the first tempering zone TZ1 is therefore above the temperature of the other tempering zones TZ2, TZ3, TZ4.
  • the outlet temperature of the tempering medium emerging from the energy store 2 into the receiving space 5 is due to heating or heating of the energy store 2, and thus the release of heat to the energy store 2 below the temperature control zone TZ1 Inlet temperature into the energy storage 2.
  • the outlet temperature of the tempering medium emerging from the energy store 2 into the receiving space 15 is typically above the temperature of the medium present in the receiving space 15, which is typically also air, so that the second temperature zone TZ2 also heats up.
  • the tempering device 3 respectively the Temperierniankeit serves as a heat source to support the fastest possible and efficient heating of Temperiermediums.
  • the Temperier diligentkeitsreservoir 7 respectively the Temperierniankeit is cooled by deprivation of heat. Consequently, the temperature or the heat content of the temperature control liquid reservoir 7 or of the temperature control liquid decreases.
  • the heat transfer liquid reservoir 7 can, as mentioned, be supplied with heat via heat-dissipating or heat-generating components or devices present on the motor vehicle side. At corresponding motor vehicle side existing heat-emitting or heat-generating facilities may be such. B. to the vehicle-side tempering device 13 for temperature control of a vehicle-side passenger compartment area.
  • the temperature control medium is cooled by means of the temperature control device 3 in such a way that the lowest temperature prevails in the first temperature control zone TZ1.
  • the temperature of the first tempering zone TZ1 is therefore below the temperature of the other tempering zones TZ2, TZ3, TZ4. Accordingly, the energy storage device 2 cools down in the first tempering zone TZ1.
  • the outlet temperature of the tempering medium emerging from the energy store 2 into the receiving space 15 is due to cooling of the energy store 2 and thus the absorption of heat the energy storage 2 above the inlet temperature in the energy storage. 2
  • the exit temperature of the tempering medium emerging from the energy store 2 into the receiving space 15 is typically below the temperature of the medium present in the receiving space 15, so that the second tempering zone TZ2 is also cooled.
  • Such an additional cooling of the outer surfaces of the energy storage device 2 and the energy storage housing and thus a very efficient cooling operation of the device 1 is realized.
  • the Temperier essencekeitsreservoir 7 respectively the Temperierniankeit serves as a heat sink to support the fastest possible and efficient cooling of the Temperiermediums.
  • the Temperier diligentkeitsreservoir 7 respectively the Temperiermaykeit is heated by the waste heat of the tempering device 3. Consequently, the temperature or the heat content of the Temperier diligentkeitsreservoirs 7 respectively the Temperier messkeit increases.
  • heat can be taken from the heat-transfer fluid reservoir 7 via motor-side heat-receiving components or devices that require heat. At corresponding motor vehicle side existing heat receiving or heat-requiring facilities may be such. B. turn to the vehicle-side tempering device 13 for temperature control of a vehicle-side passenger compartment area.

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Abstract

Vorrichtung (1 ) zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers (2), umfassend wenigstens eine wenigstens ein Peltier-Element umfassende Temperiereinrichtung (3), welche mit dem oder einem zu temperierenden kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher (2) thermisch koppelbar oder thermisch gekoppelt ist, wobei die wenigstens eine Temperiereinrichtung (3) zudem mit wenigstens einem wenigstens eine Temperierflüssigkeit enthaltenden Temperierflüssigkeitsreservoir (7) thermisch gekoppelt ist.

Description

Vorrichtung zur Temperierung eines
kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers, umfassend wenigstens eine wenigstens ein Peltier-Element umfassende Temperiereinrichtung, welche mit dem oder einem zu temperierenden kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher thermisch koppelbar oder thermisch gekoppelt ist.
Derartige Vorrichtungen zur Temperierung, d. h. zur Beheizung oder Kühlung, von elektrischen Energiespeichern sind grundsätzlich bekannt und finden im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik Verwendung. Entsprechende Vorrichtungen umfassen typischerweise Temperiereinrichtungen, welche wiederum thermo- elektrische Wandler in Form von Peltier-Elementen umfassen oder als solche ausgebildet sind.
Entsprechende Temperiereinrichtungen sind je nach Betriebsart mit einer Wärmesenke oder einer Wärmequelle zu koppeln. Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik ist es dabei üblich, die die Temperiereinhchtung umgebende Luft als Wärmesenke bzw. Wärmequelle zu verwenden.
Dieser Ansatz ist im Hinblick auf einen effizienten Betrieb bzw. das Leistungspotential entsprechender Temperiereinrichtungen bzw. solcher umfassender Vorrichtungen verbesserungswürdig.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass die wenigstens eine Temperiereinrichtung zudem mit wenigstens einem wenigstens eine Temperierflüssigkeit enthaltenden Temperierflüssigkeitsreservoir thermisch gekoppelt ist.
1
Bestätigungskopie Das erfindungsgemäße Prinzip betrifft eine besondere Vorrichtung zur Temperierung wenigstens eines kraftfahrzeugseitigen, d. h. mittelbar oder unmittelbar an einen Teil einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs anbindbaren oder angebunden, elektrischen Energiespeichers.
Unter einem, im Weiteren abgekürzt als Energiespeicher bezeichneten, elektrischen Energiespeicher ist eine Anordnung aus einer elektrischen Energiespeicherzelle bzw. mehreren miteinander elektrisch verschalteten elektrischen Energiespeicherzellen, welche(r) in einem Energiespeichergehäuse aufgenommen ist bzw. sind zu verstehen. Der Begriff„Energiespeicher" betrifft sonach stets eine Anordnung aus einer oder mehreren entsprechenden, z. B. aus einem auf Lithium oder einer Lithiumverbindung gebildeten Energiespeichermaterial gebildeten, Energiespeicherzelle(n), welche in einem Energiespeichergehäuse aufgenommen ist bzw. sind. An dem Energiespeichergehäuse sind üblicherweise elektrische Anschlussmittel eingerichtet, über welche ein elektrischer Anschluss des Energiespeichers an wenigstens einen Drittgegenstand, wie z. B. einen elektrischen Generator oder einen elektrischen Verbraucher, möglich ist.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine Temperiereinrichtung. Die Temperiereinrichtung ist mit dem oder den zu temperierenden Energiespeicher(n) thermisch gekoppelt. Die thermische Kopplung der Temperiereinrichtung mit dem oder den zu temperierenden Energiespeicher(n) ermöglicht einen mittelbaren oder unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen der Temperiereinrichtung und dem oder den zu temperierenden Energiespeicher(n) und somit eine Beheizung oder Kühlung des oder der zu temperierenden Energiespeicher(s). Der Begriff „Temperierung" beinhaltet sonach gleichermaßen eine Beheizung als auch eine Erwärmung. In den einschlägigen Fachkreisen wird anstelle des Begriffs„Temperierung" regelmäßig der Begriff„Konditionierung" verwendet.
Die Temperiereinrichtung umfasst wenigstens ein Peltier-Element bzw. ist als ein solches ausgebildet. Unter einem Peltier-Element ist im Allgemeinen ein thermoelektrischer Wandler zu verstehen, welcher - basierend auf dem Pel- tier-Effekt - dazu ausgebildet bzw. eingerichtet ist, sich bei Anlegen eines elektrischen Stroms an einer ersten Wärmeaustauschfläche abzukühlen und sich an einer zweiten Wärmeaustauschfläche zu erwärmen. Typischerweise handelt es sich bei entsprechenden, in der Regel quaderförmigen, Peltier- Elementen um eine Anordnung aus unterschiedlich dotierten bzw. konfigurierten Halbleiterelementen, welche bei Bestromung, jeweils im Vergleich zu einer gegebenen Ausgangstemperatur, unterschiedliche Temperaturniveaus einnehmen. Mithin lässt sich in Abhängigkeit von Stromstärke und Stromrichtung eine gezielte Erwärmung einer ersten Wärmeaustauschfläche eines Peltier- Elements und entsprechend eine gezielte Abkühlung einer zweiten Wärmeaustauschfläche des Peltier-Elements, oder umgekehrt, realisieren. Die Wärmeaustauschflächen des Peltier-Elements sind beispielsweise aus Aluminiumoxid gebildet. Die Halbleiterelemente des Peltier-Elements sind typwisch- erweise p- oder n-dotiert. Konkret kann es sich bei diesen beispielsweise um Bismut-Tellurid oder Silizium-Germanium handeln.
Die für den Betrieb des Peltier-Elements erforderliche elektrische Energie (Strom) kann beispielsweise über den zu temperierenden Energiespeicher und/oder einen weiteren kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher bereitgestellt sein.
Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Temperiereinrichtung zusätzlich mit wenigstens einem Temperierflüssigkeitsreservoir, welches wenigstens eine Temperierflüssigkeit enthält, thermisch gekoppelt. Die zusätzliche thermische Kopplung der Temperiereinrichtung mit dem oder wenigstens einem Temperierflüssigkeitsreservoir ermöglicht einen mittelbaren oder unmittelbaren Wärmeaustausch zwischen der Temperiereinrichtung und Temperierflüssigkeitsreservoir.
Die thermische Kopplung der Temperiereinrichtung mit einem entsprechenden Temperierflüssigkeitsreservoir erhöht die Leistungsfähigkeit bzw. die Effizienz der Temperiereinrichtung erheblich. Dies begründet sich dadurch, dass das Temperierflüssigkeitsreservoir, d. h. insbesondere die in diesem enthaltene Temperierflüssigkeit, bei welcher es sich z. B. um Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und wenigstens einer organischen Flüssigkeit, insbesondere Gly- kol, handelt, als Wärmesenke bzw. Wärmequelle verwendet werden kann.
Die Verwendung eines entsprechenden Temperierflüssigkeitsreservoirs respektive einer Temperierflüssigkeit als eine der Temperiereinrichtung zugeordnete Wärmesenke bzw. Wärmequelle erlaubt, insbesondere im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Verwendung eines Gases, wie z. B. Luft, die Realisierung höherer thermischer Masseströme. Mithin lässt sich in einem Kühlbetrieb der Temperiereinrichtung betriebsbedingt erzeugte Abwärme besser und schneller abführen, was zu der erwähnten Erhöhung der Effizienz bzw. des Wirkungsgrads führt. Gleichermaßen lässt sich in einem Heizbetrieb der Temperiereinrichtung Wärme gegebenenfalls schneller und besser zuführen. Hieraus resultiert eine insgesamt verbesserte Temperierbar- keit bzw. Temperierung des oder der zu temperierenden Energiespeicher und somit eine insgesamt verbesserte Vorrichtung.
Wie erwähnt, kann die Temperiereinrichtung mittelbar oder unmittelbar mit dem oder einem zu temperierenden Energiespeicher thermisch gekoppelt sein. Zweckmäßig ist eine mittelbare thermische Kopplung vorgesehen, gemäß welcher die Temperiereinrichtung mit dem oder einem Energiespeicher über wenigstens einen zwischen die Temperiereinrichtung und den Energiespeicher geschalteten, von einem, insbesondere gasförmigen, Temperiermedium durchströmbaren oder durchströmten ersten Wärmetauscher thermisch koppelbar oder gekoppelt ist.
Der erste Wärmetauscher ist typischerweise zumindest abschnittsweise in eine von dem bzw. einem Temperiermedium durchströmbare oder durchströmte Kanalstruktur geschaltet, um ein durch diese strömendes Temperiermedium entsprechend zu temperieren. Mithin ist mittels des ersten Wärmetauschers ein Wärmeaustausch zwischen der Temperiereinrichtung und einem entsprechenden Temperiermedium möglich. Die Kanalstruktur setzt an dem zu temperierenden Energiespeicher an bzw. setzt sich in bzw. durch diesen fort, so dass ein hinreichender Wärmeaustausch zwischen dem Energiespeicher und dem diesen durchströmenden Temperiermedium möglich ist. Der Energiespeicher weist typischerweise Zuführmittel zur Zuführung eines in diesen zuzuführenden Temperiermediums und Abführmittel zur Abführung eines aus diesem, typischerweise nach Durchströmen desselbigen, abzuführenden Temperiermediums auf.
Bei dem Temperiermedium kann es sich grundsätzlich um ein Gas bzw. ein Gasgemisch oder eine Flüssigkeit bzw. ein Flüssigkeitsgemisch handeln. Die Verwendung von Gasen, d. h. z. B. Luft, ist im Hinblick auf sicherheitstechnische Aspekte vorzuziehen, da derart, insbesondere im Vergleich zu elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, d. h. z. B. Wasser, die Gefahr von elektrischen Kurzschüssen innerhalb des Energiespeichers und damit möglicherweise einhergehenden Beschädigungen des Energiespeichers reduziert ist.
Um das oder ein entsprechendes Temperiermedium zu befördern, kann wenigstens eine Fördereinrichtung zur Förderung des oder eines Temperiermediums entlang wenigstens einer temperiereinrichtungsseitigen Wärmeaustauschoberfläche oder entlang einer Wärmeaustauschoberfläche eines der Temperiereinrichtung nachgeschalteten Wärmetauschers vorhanden sein. Je nachdem, ob es sich bei dem Temperiermedium um eine Flüssigkeit oder ein Gas handelt, kann die erste Fördereinrichtung wenigstens eine Pumpeneinrichtung, wie z. B. eine Drehkreiselpumpe, oder wenigstens eine Saug- und/oder Gebläseeinrichtung, wie z. B. einen Ventilator, umfassen bzw. als eine solche ausgebildet sein.
Wie ebenso erwähnt, kann die Temperiereinrichtung zusätzlich mittelbar oder unmittelbar mit dem wenigstens einen Temperierflüssigkeitsreservoir thermisch gekoppelt sein. Zweckmäßig ist auch hier eine mittelbare thermische Kopplung vorgesehen, gemäß welcher die Temperiereinrichtung mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir über wenigstens einen zwischen die Temperiereinrichtung und das Temperierflüssigkeitsreservoir geschalteten weiteren Wärmetauscher thermisch gekoppelt ist. Mithin ist mittels des weiteren Wärmetauschers ein Wärmeaustausch zwischen der Temperiereinrichtung und dem Temperierflüssigkeitsreservoir respektive der Temperierflüssigkeit möglich. Dabei ist es denkbar, dass der wenigstens eine weitere Wärmetauscher mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir unter Ausbildung eines von der Temperierflüssigkeit durchströmbaren oder durchströmten Temperierkreislaufs verbunden ist. Mithin ist zwischen dem weiteren Wärmetauscher und dem Temperierflüssigkeitsreservoir eine Leitungsstruktur ausgebildet, innerhalb welcher die Temperierflüssigkeit von dem Temperierflüssigkeitsreservoir in den weiteren Wärmetauscher, und umgekehrt, strömen bzw. zirkulieren kann. Die Leitungsstruktur umfasst sonach insbesondere eine Zuleitung von dem Temperierflüssigkeitsreservoir in den weiteren Wärmetauscher und eine Zuleitung von dem weiteren Wärmetauscher in das Temperierflüssigkeitsreservoir.
Um die Temperierflüssigkeit durch einen solchen Temperierkreislauf zu befördern, ist zweckmäßig eine weitere Fördereinrichtung zur Förderung der Temperierflüssigkeit durch den oder einen den Wärmetauscher mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir verbindenden Temperierkreislauf vorhanden. Eine solche Fördereinrichtung kann wenigstens eine Pumpeneinrichtung, wie z. B. eine Drehkreiselpumpe, umfassen oder als eine solche ausgebildet sein. Die Fördereinrichtung kann in das Temperierflüssigkeitsreservoir integriert sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Energiespeicheranordnung, welche wenigstens einen kraftfahrzeugseitigen Energiespeicher und wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu dessen Temperierung umfasst. Mithin gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie im Zusammenhang mit den diesbezüglich beschriebenen Varianten analog für die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung.
Die Energiespeicheranordnung kann eine einen nach Außen abschließbaren oder geschlossenen Aufnahmeraum umfassende Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers und der Vorrichtung umfassen. Über eine solche gehäuseartige Aufnahmeeinrichtung bzw. in einer solchen Aufnahmeeinrichtung, innerhalb welcher sich insbesondere der oder die zu temperierenden Energiespeicher sowie die Vorrichtung, d. h. insbesondere die dieser zugehörige Temperiereinrichtung, anordbar sind, lässt sich ein den oder die Energiespeicher außenseitig umgebender weiterer Temperierkreislauf realisieren.
Insbesondere ist durch eine entsprechende Aufnahmeeinrichtung die Ausbildung vier unterschiedlicher Temperierzonen möglich, welche nachfolgend im Zusammenhang beispielhafter Möglichkeiten eines mittels der Vorrichtung bzw. der dieser zugehörigen Temperiereinrichtung(en) realisierbaren bzw. realisierten Heiz- oder Kühlbetriebs näher erläutert werden.
Eine erste Temperierzone ist dabei innerhalb des oder der zu temperierenden Energiespeicher(s) gebildet. Eine zweite Temperierzone ist durch den oder die zu temperierenden Energiespeicher innerhalb der Aufnahmeeinrichtung außenseitig umgebenden Bereich des Aufnahmeraums gebildet. Eine dritte Temperierzone ist durch den oder einen zwischen der Temperiereinrichtung und dem Temperierflüssigkeitsreservoir gebildeten, von der Temperierflüssigkeit durchströmten Temperierkreislauf gebildet. Eine vierte Temperierzone ist durch den die Aufnahmeeinrichtung außenseitig umgebenden Bereich, d. h. die Umgebung außerhalb der Aufnahmeeinrichtung gebildet. Wie sich im Weiteren ergibt, unterscheiden sich die Temperierzonen typischerweise in deren jeweiligen Temperaturen bzw. Wärmeinhalten.
In einem Heizbetrieb der Vorrichtung wird das Temperiermedium mittels der Temperiereinrichtung derart beheizt, dass in der ersten Temperierzone die höchste Temperatur herrscht. Die Temperatur der ersten Temperierzone liegt sonach oberhalb der Temperatur der übrigen Temperierzonen. Entsprechend erfolgt in der ersten Temperierzone ein Aufheizen bzw. Erwärmen des Energiespeichers. Die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher in den aufnahmeeinrichtungsseitigen Aufnahmeraum austretenden Temperiermediums liegt durch Aufheizen bzw. Erwärmen des Energiespeichers unterhalb der Eintrittstemperatur in den Energiespeicher.
Gleichwohl liegt die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher in den Aufnahmeraum austretenden Temperiermediums typischerweise höher als die Temperatur des in dem Aufnahmeraum vorhandenen Mediums, d. h. typi- scherweise Luft, so dass sich die zweite Temperierzone erwärmt. Derart lässt sich eine zusätzliche Beheizung der Außenflächen des Energiespeichers und somit eine Außenbeheizung realisieren, was einen sehr effizienten Heizbetrieb bedingt. Das in dem Aufnahmeraum vorhandene Medium kann sonach ebenso als entsprechendes Temperiermedium dienen.
In der dritten Temperierzone wird die zur Erwärmung des Temperiermediums vor dem Eintritt in den Energiespeicher und somit in die erste Temperierzone erforderliche Wärme über die Temperiereinrichtung bereitgestellt. Dabei kann das Temperierflussigkeitsreservoir respektive die Temperierflüssigkeit als Wärmequelle dienen, um eine möglichst schnelle und effiziente Erwärmung des Temperiermediums zu unterstützen. Das Temperierflüssigkeitsreservoir respektive die Temperierflüssigkeit wird dabei durch Entziehung von Wärme abgekühlt. Mithin sinkt die Temperatur bzw. der Wärmeinhalt des Temperier- flüssigkeitsreservoirs respektive der Temperierflüssigkeit. Dem Temperierflüssigkeitsreservoir respektive der Temperierflüssigkeit kann jedoch über kraft- fahrzeugseitig vorhandene Wärme abgebende bzw. Wärme erzeugende Bauteile bzw. Einrichtungen eine Wärme zugeführt werden.
Bei entsprechenden kraftfahrzeugseitig vorhandenen Wärme abgebenden bzw. Wärme erzeugenden Bauteilen bzw. Einrichtungen kann es sich z. B. um kraftfahrzeugseitige Temperiereinrichtungen zur Temperierung eines kraftfahr- zeugseitigen Gegenstands, insbesondere in Form von kraftfahrzeugseitigen Lenkrad-, Sitz- oder Spiegeltemperiereinrichtungen, und/oder Temperiereinrichtungen zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Fahrgastzellenbereichs, z. B. in Form einer kraftfahrzeugseitigen Klimaanlage, und/oder kraftfahrzeugseitige Antriebsaggregate, d. h. z. B. Elektromotoren und/oder Verbrennungsmotoren etc., handeln.
In diesem Zusammenhang ist es sonach denkbar, dass das Temperierflüssigkeitsreservoir thermisch mit entsprechenden Wärme abgebenden bzw. Wärme erzeugenden Einrichtungen bzw. Bauteilen gekoppelt ist. Die thermische Kopplung kann durch Wärme leitende Strukturen zwischen dem bzw. der jeweiligen Wärme abgebenden bzw. erzeugenden Einrichtung bzw. Bauteil und dem Temperierflüssigkeitsreservoir erfolgen. Entsprechende thermisch leitfähige Strukturen sind vorzugsweise aus thermisch gut leitfähigen Materialien, wie z. B. Aluminium, Kupfer etc., gebildet. Es ist möglich, dass diese zu dem genannten Zweck gezielt in die Karossiere des Kraftfahrzeugs eingebracht bzw. integriert oder ohnehin karosserieseitig vorhanden sind. Mit dem gleichen Zweck können auch mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir thermisch gekoppelte Wärmetauscher in die Karossiere des Kraftfahrzeugs eingebracht, integriert oder thermisch gekoppelt an diese angebunden sein.
Dagegen wird das Temperiermedium in einem Kühlbetrieb der Vorrichtung mittels der Temperiereinrichtung derart gekühlt, dass in der ersten Temperierzone die niedrigste Temperatur herrscht. Die Temperatur der ersten Temperierzone liegt sonach unterhalb der Temperatur der übrigen Temperierzonen. Entsprechend erfolgt in der ersten Temperierzone ein Abkühlen des Energiespeichers. Die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher in den auf- nahmeeinrichtungsseitigen Aufnahmeraum austretenden Temperiermediums liegt durch Abkühlung des Energiespeichers oberhalb der Eintrittstemperatur in den Energiespeicher.
Gleichwohl liegt die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher in den Aufnahmeraum austretenden Temperiermediums typischerweise niedriger als die Temperatur des in dem Aufnahmeraum vorhandenen Mediums, d. h. typischerweise Luft, so dass auch die zweite Temperierzone gekühlt wird. Derart lässt sich eine zusätzliche Abkühlung der Außenflächen des Energiespeichers und somit eine Außenkühlung realisieren, was einen sehr effizienten Kühlbetrieb bedingt.
In der dritten Temperierzone wird die zur Abkühlung des Temperiermediums vor dem Eintritt in den Energiespeicher und somit in die erste Temperierzone erforderliche Wärme über die Temperiereinrichtung aus dem Temperiermedium entzogen. Dabei kann das Temperierflüssigkeitsreservoir respektive die Temperierflüssigkeit als Wärmesenke dienen, um eine möglichst schnelle und effiziente Abkühlung des Temperiermediums zu unterstützen. Das Temperierflüssigkeitsreservoir respektive die Temperierflüssigkeit wird dabei durch die Abwärme der Temperiereinrichtung erwärmt. Mithin steigt die Temperatur bzw. der Wärmeinhalt des Temperierflüssigkeitsreservoirs. Dem Temperierflüssig- keitsreservoir kann jedoch über kraftfahrzeugseitig vorhandene Wärme aufnehmende bzw. Wärme erfordernde Bauteile bzw. Einrichtungen Wärme entnommen werden.
Bei entsprechenden kraftfahrzeugseitig vorhandenen Wärme aufnehmenden bzw. Wärme erfordernden Bauteilen bzw. Einrichtungen kann es sich grundsätzlich um entsprechende Einrichtungen bzw. Bauteile handeln, welche im Zusammenhang mit den im Rahmen des Heizbetriebs verwendbaren kraftfahrzeugseitig vorhandenen Wärme abgebenden bzw. Wärme erzeugenden Einrichtungen bzw. Bauteilen genannt wurden.
Gleichermaßen ist es auch hier möglich, dass das Temperierflüssigkeitsreser- voir respektive die Temperierflüssigkeit thermisch mit entsprechenden Wärme aufnehmenden bzw. Wärme erfordernden Einrichtungen bzw. Bauteilen gekoppelt ist, wobei wiederum auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit den im Rahmen des Heizbetriebs verwendbaren kraftfahrzeugseitig vorhandenen Wärme abgebenden bzw. Wärme erzeugenden Einrichtungen bzw. Bauteilen verwiesen wird.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung umfasst. Mithin gelten sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung sowie mit den diesbezüglich beschriebenen Varianten und demzufolge auch sämtliche Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie mit den diesbezüglich beschriebenen Varianten analog für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Entsprechend ist das wenigstens eine vorrichtungs- und somit energiespei- cheranordnungsseitige Temperierflüssigkeitsreservoir zweckmäßig mit wenigstens einer kraftfahrzeugseitigen Temperiereinrichtung zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Gegenstands, insbesondere wenigstens einer kraftfahrzeugseitigen Lenkrad-, Sitz- oder Spiegeltemperiereinrichtung, und/oder einer kraftfahrzeugseitigen Temperiereinrichtung zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Fahrgastzellenbereichs, insbesondere einer kraftfahrzeugseitigen Klimaanlage, und/oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs, insbesondere wenigstens einer freiliegenden Außenfläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs, und/oder einem kraftfahrzeugseitigen Antriebsaggregat, wie z. B. einem Elektromotor und/oder einem Verbrennungsmotor, thermisch gekoppelt.
Im Allgemeinen ist unter einer solchen kraftfahrzeugseitigen Außenfläche eine Außenfläche zu verstehen, welche bei Fahrt des Kraftfahrzeugs einem Fahrtwind ausgesetzt ist. Über den Fahrtwind lässt sich Wärme aus der Karosserie des Kraftfahrzeugs entnehmen, was insbesondere im Hinblick auf den oben beschriebenen Kühlbetrieb der Vorrichtung vorteilhaft ist. Bei der mit dem wenigstens einen Temperierflüssigkeitsreservoir thermisch gekoppelten freiliegenden Außenfläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs handelt es sich sonach beispielsweise um einen Unterboden des Kraftfahrzeugs.
Im Hinblick auf einen effizienten und schnellen Wärmeaustausch zwischen dem Temperierflüssigkeitsreservoir respektive der Temperierflüssigkeit und der Karossiere des Kraftfahrzeugs, d. h. insbesondere wenigstens einer freiliegenden Außenfläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs, ist es zweckmäßig, wenn in die mit dem wenigstens einen Temperierflüssigkeitsreservoir thermisch gekoppelte freiliegende Außenfläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs oder in ein eine solche aufweisendes kraftfahrzeugseitiges Bauteil wenigstens ein mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir thermisch gekoppelter Wärmetauscher integriert ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 , 2 je eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen, d. h. kraftfahrzeugseitig verbauten, elektrischen Energiespeichers 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem Energiespeicher 2 handelt es sich z. B. um einen mehrere elektrisch miteinander verschaltete, auf Lithium basierende und in einem gemeinsamen Energiespeichergehäuse (nicht gezeigt) aufgenommene Energiespeicherzellen (nicht gezeigt) aufweisenden Lithium-Energiespeicher. Der Energiespeicher 2 dient im Allgemeinen der elektrischen Versorgung kraftfahrzeugseitiger elektrischer Verbraucher und ist sonach an ein kraftfahrzeugseitiges Bordnetz (nicht gezeigt) angeschlossen.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine wenigstens ein Peltier-Element (nicht gezeigt) umfassende Temperiereinrichtung 3. Die Temperiereinrichtung 3 ist mit dem zu temperierenden Energiespeicher 2 thermisch gekoppelt. Entsprechend kann der Energiespeicher 2 mittels der Temperiereinrichtung 3 beheizt oder gekühlt werden. Die zu dessen Betrieb erforderliche elektrische Versorgung des Peltier-Elements erfolgt über den zu temperierenden Energiespeicher 2.
Die thermische Kopplung zwischen der Temperiereinrichtung 3 und dem Energiespeicher 2 ist über einen zwischen diese geschalteten Wärmetauscher 4 realisiert. Der Wärmetauscher 4 ist dabei in eine wenigstens einen von einem Temperiermedium, wie z. B. Luft, durchströmbaren Strömungskanal begrenzende, durch die Pfeile angedeutete Kanalstruktur 5 geschaltet.
Der Kanalstruktur 5 ist eine erste Fördereinrichtung 6 in Form einer Gebläseeinrichtung vorgeschaltet, mittels welcher das Temperiermedium durch die Kanalstruktur 5, entlang einer in die Kanalstruktur 5 ragenden Wärmeaustauschoberfläche des Wärmetauschers 4 und weiter in den Energiespeicher 2 befördert werden kann. Typischerweise ist nur eine einzige Fördereinrichtung 6 vorzusehen, was eine vergleichsweise geringe Geräuschentwicklung im Betrieb der Vorrichtung 1 bedingt.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiter ein eine Temperierflüssigkeit, wie z. B. Wasser, enthaltendes Temperierflüssigkeitsreservoir 7, z. B. in Form eines einfa- chen Flüssigkeitsbehältnisses bzw. -tanks. Ersichtlich ist die Temperiereinrichtung 3 auch mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 thermisch gekoppelt. Die thermische Kopplung zwischen der Temperiereinrichtung 3 und dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 ist über einen zwischen diese geschalteten weiteren Wärmetauscher 8 realisiert.
Ersichtlich ist der weitere Wärmetauscher 8 mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 unter Ausbildung eines von der Temperierflüssigkeit durchströmten Temperierkreislaufs verbunden. Hierfür ist zwischen dem weiteren Wärmetauscher 8 und dem Temperierflüssigkeitsreservoir eine Leitungsstruktur 9 ausgebildet, innerhalb welcher die Temperierflüssigkeit von dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 in den weiteren Wärmetauscher 8, und umgekehrt, kreislaufartig strömen bzw. kreislaufartig zirkulieren kann. Die Leitungsstruktur 9 umfasst eine Zuleitung 9a von dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 in den weiteren Wärmetauscher 8 und eine Zuleitung 9b von dem weiteren Wärmetauscher 8 in das Temperierflüssigkeitsreservoir 7. Die Zuleitungen 9a, 9b sind wiederum durch Pfeile dargestellt.
In die Temperierflüssigkeitsreservoir 7 ist eine Fördereinrichtung 10 in Form einer Pumpeneinrichtung integriert, welche einer Förderung der Temperierflüssigkeit durch die Leitungsstruktur 9 bzw. zwischen dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 und dem weiteren Wärmetauscher 8 dient. Selbstverständlich könnte die oder eine weitere Fördereinrichtung 10 z. B. auch in die Leitungsstruktur 9 geschaltet sein.
Das Temperierflüssigkeitsreservoir 7 bzw. die Temperierflüssigkeit dient als der Temperiereinrichtung 3 zugeordnete Wärmesenke bzw. Wärmequelle und führt zu einer erheblichen Erhöhung der Leistungsfähigkeit bzw. der Effizienz der Temperiereinrichtung 3 respektive der Vorrichtung 1 insgesamt. Der Energiespeicher 2 kann sonach sehr effizient temperiert, d. h. beheizt oder gekühlt, werden.
Das Temperierflüssigkeitsreservoir 7 ist ferner mit der Karosserie 1 des Kraftfahrzeugs 12 oder einem an die Karosserie 11 des Kraftfahrzeugs 12 ange- bundenen Bauteil bzw. einer an die Karosserie 11 des Kraftfahrzeugs 12 angebundenen Einrichtung, wie z. B. einer Temperiereinrichtung 13 zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Fahrgastzellenbereichs, d. h. insbesondere einer kraftfahrzeugseitigen Klimaanlage, oder einer Temperiereinrichtung 14 zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Gegenstands, wie z. B. einer kraftfahrzeugseitigen Lenkrad-, Sitz- oder Spiegeltemperiereinrichtung, thermisch gekoppelt.
Über die Temperiereinrichtungen 13, 14 lässt sich Wärme in das Temperier- flüssigkeitsreservoir 7 und somit in die Temperierflüssigkeit einbringen, was für einen besonders effizienten Heizbetrieb der Vorrichtung 1 zweckmäßig sein kann. Gleichermaßen lässt sich über die Temperiereinrichtungen 13, 14 auch Wärme aus dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 und somit aus der Temperierflüssigkeit entnehmen, was für einen besonders effizienten Kühlbetrieb der Vorrichtung 1 zweckmäßig sein kann.
Das Temperierflüssigkeitsreservoir 7 ist außerdem thermisch mit einer freiliegenden Außenfläche der Karosserie 11 des Kraftfahrzeugs 12, wie z. B. einem Unterboden, gekoppelt. Derart lässt sich über den bei Fahrt des Kraftfahrzeugs 12 entstehenden Fahrtwind ebenso Wärme aus dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 entnehmen.
In die mit dem wenigstens einen Temperierflüssigkeitsreservoir 7 thermisch gekoppelte freiliegende Außenfläche der Karosserie 11 des Kraftfahrzeugs 12 kann ferner wenigstens ein mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 thermisch gekoppelter weiterer Wärmetauscher (nicht gezeigt) integriert sein.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Unterschied zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die bereits in Fig. 1 nicht näher bezeichnete, jedoch vorhandene, aus Energiespeicher 2 und Vorrichtung 1 bestehende Energiespeicheranordnung hier eine einen Aufnahmeraum 15 begrenzende, geschlossene, d. h. nach Außen abgedichtete, Aufnahmeeinrichtung 16, in welcher die Vorrichtung 1 wie auch der Energiespeicher 2 aufgenommen sind. Die Aufnahmeeinrichtung 16 kann eine wannenartige Gestalt aufweisen.
Derart lassen sich im Betrieb der Vorrichtung 1 vier unterschiedlich temperierte, d. h. vier jeweils unterschiedliche Temperaturen und somit unterschiedliche Wärmeinhalte aufweisende, Temperierzonen TZ1 , TZ2, TZ3, TZ4 ausbilden. Das Temperiermedium strömt dabei insbesondere durch die Temperierzonen TZ1 und TZ2. Die Strömung des Temperiermediums ist durch die Pfeile dargestellt.
Eine erste Temperierzone TZ1 ist innerhalb des zu temperierenden Energiespeichers 2 gebildet. Eine zweite Temperierzone TZ2 ist durch den den zu temperierenden Energiespeicher 2 innerhalb der Aufnahmeeinrichtung 16 außenseitig umgebenden Bereich des Aufnahmeraums 15 gebildet. Eine dritte Temperierzone TZ3 ist durch den zwischen der Temperiereinrichtung 3 und dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 gebildeten, von der Temperierflüssigkeit durchströmten Temperierkreislauf gebildet. Eine vierte Temperierzone TZ4 ist durch den die Aufnahmeeinrichtung 16 außenseitig umgebenden Bereich, d. h. die Umgebung außerhalb der Aufnahmeeinrichtung 16 gebildet.
In einem Heizbetrieb der Vorrichtung 1 wird das Temperiermedium mittels der Temperiereinrichtung 3 derart beheizt, dass in der ersten Temperierzone TZ1 die höchste Temperatur herrscht. Die Temperatur der ersten Temperierzone TZ1 liegt sonach oberhalb der Temperatur der übrigen Temperierzonen TZ2, TZ3, TZ4. Entsprechend erfolgt in der ersten Temperierzone TZ1 ein Aufheizen bzw. Erwärmen des Energiespeichers 2. Die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher 2 in den Aufnahmeraum 5 austretenden Temperiermediums liegt durch Aufheizen bzw. Erwärmen des Energiespeichers 2 und somit die Abgabe von Wärme an den Energiespeicher 2 unterhalb der Eintrittstemperatur in den Energiespeicher 2. Gleichwohl liegt die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher 2 in den Aufnahmeraum 15 austretenden Temperiermediums typischerweise oberhalb der Temperatur des in dem Aufnahmeraum 15 vorhandenen Mediums, bei welchem es sich typischerweise ebenso um Luft handelt, so dass sich die zweite Temperierzone TZ2 ebenso erwärmt. Derart ist eine zusätzliche Beheizung der Außenflächen des Energiespeichers 2 respektive des Energiespeichergehäuses und somit ein sehr effizienter Heizbetrieb der Vorrichtung 1 realisiert.
In der dritten Temperierzone TZ3 wird die zur Erwärmung des Temperiermediums vor dem Eintritt in den Energiespeicher 2 und somit in die erste Temperierzone TZ1 erforderliche Wärme über die Temperiereinrichtung 3 zugeführt. Dabei dient das Temperierflüssigkeitsreservoir 7 respektive die Temperierflüssigkeit als Wärmequelle, um eine möglichst schnelle und effiziente Erwärmung des Temperiermediums zu unterstützen. Das Temperierflüssigkeitsreservoir 7 respektive die Temperierflüssigkeit wird dabei durch Entziehung von Wärme abgekühlt. Mithin sinkt die Temperatur bzw. der Wärmeinhalt des Temperier- flüssigkeitsreservoirs 7 respektive der Temperierflüssigkeit. Dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 kann jedoch, wie erwähnt, über kraftfahrzeugseitig vorhandene Wärme abgebende bzw. Wärme erzeugende Bauteile bzw. Einrichtungen Wärme zugeführt werden. Bei entsprechenden kraftfahrzeugseitig vorhandenen Wärme abgebenden bzw. Wärme erzeugenden Einrichtungen kann es sich z. B. um die kraftfahrzeugseitige Temperiereinrichtung 13 zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Fahrgastzellenbereichs handeln.
In einem Kühlbetrieb der Vorrichtung 1 wird das Temperiermedium mittels der Temperiereinrichtung 3 derart gekühlt, dass in der ersten Temperierzone TZ1 die niedrigste Temperatur herrscht. Die Temperatur der ersten Temperierzone TZ1 liegt sonach unterhalb der Temperatur der übrigen Temperierzonen TZ2, TZ3, TZ4. Entsprechend erfolgt in der ersten Temperierzone TZ1 ein Abkühlen des Energiespeichers 2. Die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher 2 in den Aufnahmeraum 15 austretenden Temperiermediums liegt durch Abkühlung des Energiespeichers 2 und somit die Aufnahme von Wärme aus dem Energiespeicher 2 oberhalb der Eintrittstemperatur in den Energiespeicher 2.
Gleichwohl liegt die Austrittstemperatur des aus dem Energiespeicher 2 in den Aufnahmeraum 15 austretenden Temperiermediums typischerweise unterhalb der Temperatur des in dem Aufnahmeraum 15 vorhandenen Mediums, so dass auch die zweite Temperierzone TZ2 gekühlt wird. Derart ist eine zusätzliche Abkühlung der Außenflächen des Energiespeichers 2 respektive des Energiespeichergehäuses und somit ein sehr effizienter Kühlbetrieb der Vorrichtung 1 realisiert.
In der dritten Temperierzone TZ3 wird die zur Abkühlung des Temperiermediums vor dem Eintritt in den Energiespeicher 2 und somit in die erste Temperierzone TZ1 erforderliche Wärme über die Temperiereinrichtung 3 aus dem Temperiermedium entzogen. Dabei dient das Temperierflüssigkeitsreservoir 7 respektive die Temperierflüssigkeit als Wärmesenke, um eine möglichst schnelle und effiziente Abkühlung des Temperiermediums zu unterstützen. Das Temperierflüssigkeitsreservoir 7 respektive die Temperierflüssigkeit wird dabei durch die Abwärme der Temperiereinrichtung 3 erwärmt. Mithin steigt die Temperatur bzw. der Wärmeinhalt des Temperierflüssigkeitsreservoirs 7 respektive der Temperierflüssigkeit. Dem Temperierflüssigkeitsreservoir 7 kann jedoch über kraftfahrzeugseitig vorhandene Wärme aufnehmende bzw. Wärme erfordernde Bauteile bzw. Einrichtungen eine Wärme entnommen werden. Bei entsprechenden kraftfahrzeugseitig vorhandenen Wärme aufnehmenden bzw. Wärme erfordernden Einrichtungen kann es sich z. B. wiederum um die kraftfahrzeugseitige Temperiereinrichtung 13 zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Fahrgastzellenbereichs handeln.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung (1 ) zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeichers (2), umfassend wenigstens eine wenigstens ein Peltier-Element umfassende Temperiereinrichtung (3), welche mit dem oder einem zu temperierenden kraftfahrzeugseitigen elektrischen Energiespeicher (2) thermisch koppelbar oder thermisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Temperiereinrichtung (3) zudem mit wenigstens einem wenigstens eine Temperierflüssigkeit enthaltenden Tempe- rierflüssigkeitsreservoir (7) thermisch gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperiereinrichtung (3) mit dem oder einem elektrischen Energiespeicher
(2) über wenigstens einen zwischen die Temperiereinrichtung
(3) und den elektrischen Energiespeicher (2) geschalteten, von einem, insbesondere gasförmigen, Temperiermedium durchströmbaren oder durchströmten ersten Wärmetauscher
(4) thermisch gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperiereinrichtung (3) mit dem wenigstens einen Tempe- rierflüssigkeitsreservoir (7) über wenigstens einen zwischen die Temperiereinrichtung (3) und das Temperierflüssigkeitsreservoir (7) geschalteten weiteren Wärmetauscher (8) thermisch gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine weitere Wärmetauscher (8) mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir (7) unter Ausbildung eines von der Temperierflüssigkeit durchströmbaren oder durchströmten Temperierkreislaufs verbunden ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine erste Fördereinrichtung (6) zur Förderung des oder eines Temperiermediums entlang wenigstens einer temperiereinrich- tungsseitigen Wärmeaustauschoberfläche oder entlang einer Wärmeaustauschoberfläche eines der Temperiereinrichtung (3) nachgeschalteten Wärmetauschers (4).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
gekennzeichnet durch
wenigstens weitere Fördereinrichtung (10) zur Förderung der Temperierflüssigkeit durch den oder einen den Wärmetauscher (8) mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir (7) verbindenden Temperierkreislauf.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperierflüssigkeit Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und wenigstens einer organischen Flüssigkeit, insbesondere Glykol, ist.
8. Energiespeicheranordnung, umfassend wenigstens einen kraftfahr- zeugseitigen elektrischen Energiespeicher (2) und wenigstens eine Vorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
9. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine einen nach Außen abschließbaren oder geschlossenen Aufnahmeraum (15) umfassende Aufnahmeeinrichtung (16) zur Aufnahme des wenigstens einen elektrischen Energiespeichers (2) und der Vorrichtung (1 ).
10. Kraftfahrzeug (12), umfassend wenigstens eine Energiespeicheranordnung nach Anspruch 8 oder 9.
11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine Temperierflüssigkeitsreservoir (7) mit wenigstens einer kraftfahrzeugseitigen Temperiereinrichtung (14) zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Gegenstands, insbesondere wenigstens einer kraftfahrzeugseitigen Lenkrad-, Sitz- oder Spiegeltemperiereinrichtung, und/oder einer kraftfahrzeugseitigen Temperiereinrichtung (13) zur Temperierung eines kraftfahrzeugseitigen Fahrgastzellenbereichs, insbesondere wenigstens einer kraftfahrzeugseitigen Klimaanlage, und/oder der Karosserie (11 ) des Kraftfahrzeugs (12), insbesondere wenigstens einer freiliegenden Außenfläche der Karosserie (11 ) des Kraftfahrzeugs (12), und/oder einem kraftfahrzeugseitigen Antriebsaggregat thermisch gekoppelt ist.
12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in die mit dem wenigstens einen Temperierflüssigkeitsreservoir (7) thermisch gekoppelte freiliegende Außenfläche der Karosserie (11 ) des Kraftfahrzeugs (12) oder in ein eine solche aufweisendes kraftfahr- zeugseitiges Bauteil wenigstens ein mit dem Temperierflüssigkeitsreservoir (7) thermisch gekoppelter Wärmetauscher integriert ist.
13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mit dem wenigstens einen Temperierflüssigkeitsreservoir (7) thermisch gekoppelte freiliegende Außenfläche der Karosserie (11 ) des Kraftfahrzeugs (12) ein Unterboden des Kraftfahrzeugs (12) ist.
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