WO2017067797A1 - Temperiereinrichtung einer elektrischen energiespeichereinheit - Google Patents

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WO2017067797A1
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Reiner Ramsayer
Michael RAEDLER
Markus Kohlberger
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention is based on a tempering device of an electrical energy storage unit, a method for operating a
  • Tempering device of an electrical energy storage unit and an electrical energy storage system according to the preamble of the independent claims.
  • Temperature management of batteries is an important aspect as it can significantly affect the increase in the reliability, performance and life of the batteries. Therefore, the further development of this technology is of great importance, also from the viewpoint that future batteries may need to be operated at a higher temperature level than is the case with the currently frequently used lithium-ion technology. Temperature management is a particular challenge in these so-called high-temperature batteries, since their operating temperature is typically well above the ambient temperature. But even lithium-ion batteries, especially when used at low freezing temperatures, require proper temperature management.
  • the document DE 10 2009 006 426 A1 describes a battery whose housing is partially filled with coolant.
  • Document DE 10 2011 075 462 A1 describes a battery module, wherein the cells forming the battery module are contacted by at least one phase change material-containing cell.
  • the publication WO 2011/105256 A1 discloses a battery whose battery cells are at least partially enclosed by a cooling liquid.
  • the document US 2013/0260195 A1 describes a battery module with an oil cooling.
  • the document DE 10 2009 006 216 A1 describes a cooling device for electrical elements, wherein a grid-like structure is arranged between the cells.
  • a tempering device of an electrical energy storage unit a method for operating a tempering device of an electrical energy storage unit, a battery system with selbiger
  • Tempering device and / or means for carrying out selbigen method provided are known in the art.
  • the tempering device comprises a fluid-based cooling circuit, wherein the tempering device has a fluid storage container, which is connected to the cooling circuit via a shut-off device and surrounded by heat insulation.
  • the fluid storage container can be switched as needed in the cooling circuit or separated from him, which allows a targeted storage and delivery of fluid.
  • the obturator can be configured, for example, as a gate valve, shut-off valve or valve. The insulation ensures that a fluid contained in the fluid storage container can store the heat energy that has been supplied in by a heating process for a long time, since only a lower heat release into the environment.
  • cooling circuit designates a circuit within the tempering device, which is suitable both for cooling and for heating, generally speaking for tempering, an electrical energy storage unit.
  • the obturator is designed as a valve. As a result, a uniform flow pattern in the flow cross section can be achieved.
  • the fluid storage container is set up to almost completely absorb a fluid used in the cooling circuit.
  • the fluid can advantageously be stored in a container, which typically has a significantly smaller size or surface than a battery system.
  • the insulation effort can be reduced within the pack, since the heated fluid can be stored in the insulated container, and on the other hand, the required temperature-controlled fluid is ready faster when starting operation than if it had to be heated first.
  • a correspondingly cooled fluid can be stored almost completely in the fluid storage container in order to protect it from being heated by increased ambient temperatures, with the mentioned advantages applying in analogous form. Since a complete uptake of the fluid through the fluid storage container would be technically very complicated or difficult to realize, an almost complete uptake by the fluid storage container is expedient. This means, for example, that the container can hold 80 to 100 percent of the fluid used in the cooling circuit.
  • the fluid storage container comprises a heating element.
  • the tempering device can be designed so that the fluid storage container comprises a heat exchanger.
  • the fluid stored in the fluid storage container can be cooled or heated.
  • a simple connection of the tempering to an existing tempering for example, the temperature control of an air conditioner in a car, take place.
  • the fluid used in the cooling circuit is a dielectric fluid.
  • the electrical energy storage unit can be completely enclosed by the fluid or the fluid can be guided in direct contact via connecting elements or terminal connections of the energy storage unit without an electrical short circuit occurring.
  • oils or paraffins can be used here as a dielectric fluid.
  • At least one connecting element for example for the electrical connection of electrical energy storage units, is mounted at least partially within the cooling circuit of the tempering device.
  • the connecting element is in direct contact with the fluid present in the cooling circuit and heat can be effectively dissipated or supplied.
  • corresponding fluid lines with integrated connecting elements can be produced and then the connecting elements can be connected to the electrical energy storage units by means of a "clip process.”
  • a connecting element realized for example in the form of a cell connector, is mounted inside the cooling circuit , which has an additional electrically insulating surface coating, which can increase the insulation against current flow, thus, for example, also compensating for a certain conductivity of the fluid used.
  • the subject of the invention is a method for operating a
  • Tempering device of an electrical energy storage unit with a fluid-based cooling circuit wherein when used below a defined power level of the electrical energy storage unit, a fluid used in the cooling circuit is almost completely supplied to a heat-insulated fluid storage container.
  • the container supplied fluid can be advantageously maintained at an elevated temperature without him heat must be actively supplied.
  • the method can be used advantageously. Even if only quiescent current requirements are to be met, that is, for example, only one control unit is to be supplied, it may be advantageous to supply the fluid used in the cooling circuit to the thermally insulated fluid storage container.
  • the fluid stored in the fluid storage container can be tempered by a heating element and / or a heat exchanger.
  • a requirement may be that, after a long period of use below a defined power level, a higher power is again called up from the electrical energy storage unit or is to be called up. It is advantageous if the temperature control takes place within a thermally insulated container, since in this way a tempering can be done faster than is the case with a distributed within the cooling circuit fluid.
  • the subject of the invention is a battery system which comprises at least two electrical energy storage units and is equipped with the tempering device according to the invention or with means for carrying out the method according to the invention.
  • the battery system provides in particular shortened start times until a desired power can be retrieved, and an optimized temperature control of the energy storage units, which increases the system life and the achievable performance.
  • a Cooling circuit with a fluid can, for example, a Cooling circuit with a fluid, include a pump in the cooling circuit, at least one obturator such as a valve and / or a control unit.
  • the control unit receives suitable signals, processes them and controls connected actuators such as the pump or the obturator.
  • At least one electrical energy storage unit of the battery system is at least partially enclosed by the fluid used in the cooling circuit.
  • a very good temperature control of the energy storage unit can be achieved via the direct contact between energy storage unit and fluid, which circulates in particular within the cooling circuit.
  • An electric energy storage unit may in particular be understood as meaning an electrochemical battery cell and / or a battery module comprising two or more electrochemical battery cells and / or a battery pack comprising two or more battery modules.
  • the electric energy storage unit may be a lithium battery cell or a lithium battery module or a lithium battery pack.
  • the electrical energy storage unit may be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion battery module or a lithium-ion battery pack.
  • Figure 1 is a schematic representation of an inventive
  • Tempering device according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of an inventive
  • FIG. 3 is a schematic representation of an inventive
  • Figure 4 is a schematic representation of a plurality of arranged within a cooling circuit of a tempering connection elements for battery cells and
  • FIG. 5 shows a flowchart of a method according to the invention according to a first embodiment.
  • FIG. 1 shows schematically according to a first embodiment, a tempering device 10 with a cooling circuit, which is connected to an electrical energy storage unit 18, for example via suitable fluid lines 16. Via a valve 11 which is surrounded with a heat insulation 15 fluid storage container 14 is connected to the cooling circuit.
  • the circulating fluid in the cooling circuit may be a gas or a liquid, for example a water / glycol mixture.
  • a heat exchanger 12 is integrated into the circuit.
  • a pump 13 in the cooling circuit circulates the fluid.
  • Corresponding positioning commands can be transmitted, for example, by a control unit, which is not shown in FIG.
  • FIG. 2 schematically shows a second exemplary embodiment of a tempering device 10 according to the invention.
  • a heating element 20 is integrated into the fluid storage container 14 with the surrounding heat insulation 15.
  • a liquid used in the cooling circuit can be heated or heated quickly. This is especially for prolonged non-use, such as when parking a vehicle with the Tempering device overnight, advantageous because the time can be reduced to the start of operation.
  • FIG. 3 shows schematically according to a third embodiment, a tempering device 10.
  • the heat-insulated fluid storage container 14 is connected via two valves 1 1 to the fluid lines 16 of the cooling circuit.
  • simpler valves can thus be used and / or the inflow and outflow of fluid can be regulated more easily.
  • a heat exchanger 30 is integrated in the fluid storage container 14.
  • the fluid stored there can be cooled or heated or heated quickly.
  • the heat exchanger 12 built into the cooling circuit can also be combined with the heat exchanger 30 installed in the fluid storage container 14 and the heating element 20 so that heat can be supplied or removed both via the cooling circuit and via the fluid storage container.
  • FIG. 4 schematically shows a plurality of connecting elements 40 arranged within a fluid line 16 of a cooling circuit of a tempering device 10.
  • the connecting elements 40 electrically connect battery cells 42 with their neighbors, respectively.
  • the connecting elements 40 are designed here as a cell connector.
  • the fluid line 16 can consist of individual fluid line segments, wherein the fluid line segments are produced from half shells.
  • the connecting elements 40 are introduced fluid-tight, that is, their connection points to the outside are sealed fluid-tight. Subsequently, the half shells are fluid-tightly interconnected. This can be done for example via a cohesive bonding process such as welding or soldering.
  • the cooling circuit of the temperature control device can thus be constructed in a simple manner.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment.
  • a first step ST1 the use of the electrical energy storage unit is detected.
  • a second step ST2 it is decided whether the usage is below or above one defined performance levels. If the utilization is below, in a third step ST3, the fluid used in the cooling circuit is almost completely supplied to a fluid storage device which is at least partially surrounded by a heat insulation. If the utilization is above a defined power level, the fluid remains in the cooling circuit in a fourth step ST4.
  • the method may be performed periodically or event based, for example, when the ignition is turned off.

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Abstract

Es wird eine Temperiereinrichtung (10) einer elektrischen Energiespeichereinheit (42), umfassend einen fluidbasierten Kühlkreislauf, beschrieben, wobei die Temperiereinrichtung (10) ein über ein Absperrorgan (11) an den Kühlkreislauf angebundenes, zumindest teilweise mit einer Wärmeisolierung (15) umgebenes Fluidspeicherbehältnis (14) aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb einer Temperiereinrichtung (10) und ein elektrisches Energiespeichersystem beschrieben.

Description

Beschreibung
Titel
Temperiereinrichtung einer elektrischen Energiespeichereinheit
Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Temperiereinrichtung einer elektrischen Energiespeichereinheit, einem Verfahren zum Betrieb einer
Temperiereinrichtung einer elektrischen Energiespeichereinheit sowie einem elektrischen Energiespeichersystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
Das Temperaturmanagement von Batterien, insbesondere von in einem Automobil verbauten Batterien, ist ein wichtiger Aspekt, da es die Steigerung der Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batterien entscheidend beeinflussen kann. Daher kommt der Weiterentwicklung dieser Technologie große Bedeutung zu, auch unter dem Gesichtspunkt, dass zukünftige Batterien möglicherweise auf einem höheren Temperaturniveau betrieben werden müssen, als dies bei der aktuell häufig eingesetzten Lithium-Ionen-Technologie der Fall ist. Bei diesen sogenannten Hochtemperaturbatterien ist das Temperaturmanagement eine besondere Herausforderung, da ihre Betriebstemperatur typischerweise deutlich über der Umgebungstemperatur liegt. Aber auch Batterien auf Lithium-Ionen-Technologie, insbesondere wenn sie bei niedrigen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt eingesetzt werden, benötigen ein entsprechendes Temperaturmanagement.
In der Druckschrift DE 10 2009 006 426 A1 wird eine Batterie beschrieben, deren Gehäuse teilweise mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist.
Die Druckschrift DE 10 2011 075 462 A1 beschreibt ein Batteriemodul, wobei die das Batteriemodul bildenden Zellen von mindestens einer phasenwechselmateri- alhaltigen Zelle kontaktiert wird.
Die Druckschrift WO 2011/105256 A1 offenbart eine Batterie, deren Batteriezellen zumindest teilweise von einer Kühlflüssigkeit umschlossen sind. In der Druckschrift US 2013/0260195 A1 wird ein Batteriemodul mit einer Olküh- lung beschrieben.
Die Druckschrift DE 10 2009 006 216 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung für elektrische Elemente, wobei zwischen den Zellen eine gitterartige Struktur angeordnet ist.
In der Druckschrift DE 43 09 070 A1 wird eine Flüssigkeitskühlung für eine Hochtemperaturbatterie beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Temperiereinrichtung einer elektrischen Energiespeichereinheit, ein Verfahren zum Betrieb einer Temperiereinrichtung einer elektrischen Energiespeichereinheit, ein Batteriesystem mit selbiger
Temperiereinrichtung und/oder Mitteln zur Durchführung selbigen Verfahrens bereitgestellt.
Dabei umfasst die Temperiereinrichtung einen fluidbasierten Kühlkreislauf, wobei die Temperiereinrichtung ein über ein Absperrorgan an den Kühlkreislauf angebundenes, mit einer Wärmeisolierung umgebenes Fluidspeicherbehältnis aufweist. Somit kann das Fluidspeicherbehältnis je nach Bedarf in den Kühlkreislauf geschaltet oder von ihm getrennt werden, was eine gezielte Speicherung und Abgabe von Fluid ermöglicht. Das Absperrorgan kann dabei beispielsweise als Absperrschieber, Absperrklappe oder Ventil ausgebildet sein. Die Isolierung sorgt dafür, dass ein in dem Fluidspeicherbehältnis enthaltenes Fluid die Wärmeenergie, die im durch einen Heizprozess zugeführt worden ist, über lange Zeit speichern kann, da nur eine geringere Wärmeabgabe in die Umgebung erfolgt. Dadurch wird der Aufwand des Erwärmens des zirkulierenden Fluids verringert und eine Startphase einer mit dem Kühlkreislauf verbundenen Batterie kann erheblich verkürzt werden, wenn bereits richtig temperiertes Fluid im Kühlkreislauf zirkulieren kann, ohne dass eine Vorwärmphase für das Fluid notwendig ist. Ebenso kann ein entsprechend gekühltes Fluid in dem Fluidspeicherbehältnis gespeichert werden, um es vor Erwärmung durch erhöhte Umgebungstemperaturen zu schützen. Der Begriff Kühlkreislauf bezeichnet dabei einen Kreislauf innerhalb der Temperiereinrichtung, der sowohl zum Kühlen als auch zum Erwärmen, all- gemein gesprochen zum Temperieren, einer elektrischen Energiespeichereinheit geeignet ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
So ist es vorteilhaft, wenn das Absperrorgan als Ventil ausgebildet ist. Dadurch kann ein gleichmäßiges Strömungsbild im Strömungsquerschnitt erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass das Fluidspeicherbehältnis eingerichtet ist, ein im Kühlkreislauf verwendetes Fluid nahezu vollständig aufzunehmen. Somit kann das Fluid vorteilhafterweise in einem Behältnis gespeichert werden, welches typischerweise eine deutlich geringere Größe beziehungsweise Oberfläche als ein Batteriesystem hat. Dadurch kann zum einen der Isolationsaufwand innerhalb des Packs reduziert werden, da das erwärmte Fluid in dem isolierten Behältnis gespeichert werden kann, und zum anderen steht bei Betriebsstart das benötigte temperierte Fluid schneller bereit, als wenn es erst aufgeheizt werden müsste. Ebenso kann ein entsprechend gekühltes Fluid nahezu vollständig in dem Fluidspeicherbehältnis gespeichert werden, um es vor Erwärmung durch erhöhte Umgebungstemperaturen zu schützen, wobei die angesprochenen Vorteile in analoger Form gelten. Da eine vollständige Aufnahme des Fluids durch das Fluidspeicherbehältnis technisch sehr aufwändig beziehungsweise schwer realisierbar wäre, ist eine nahezu vollständige Aufnahme durch das Fluidspeicherbehältnis zweckmässig. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Behältnis 80 bis 100 Prozent des im Kühlkreislauf verwendeten Fluids aufnehmen kann.
Zweckmäßigerweise umfasst das Fluidspeicherbehältnis ein Heizelement. Dadurch kann das Fluid im Fluidspeicherbehältnis schnell auf eine erforderliche Betriebstemperatur gebracht werden, was insbesondere für Höchte mperaturbatte- rien relevant ist. Weiterhin kann die Temperiereinrichtung so ausgebildet sein, dass das Fluid- speicherbehältnis einen Wärmetauscher umfasst. Somit kann das im Fluidspei- cherbehältnis gespeicherte Fluid gekühlt oder beheizt werden. Ferner kann eine einfache Anbindung der Temperiereinrichtung an eine bereits bestehende Temperiereinrichtung, beispielsweise den Temperierkreislauf einer Klimaanlage in einem Auto, erfolgen.
Vorteilhafterweise ist das im Kühlkreislauf verwendete Fluid ein dielektrisches Fluid. Somit kann beispielsweise die elektrische Energiespeichereinheit vollstän- dig von dem Fluid umschlossen sein beziehungsweise das Fluid in direktem Kontakt über Verbindungselemente beziehungsweise Terminalanschlüsse der Energiespeichereinheit geführt werden, ohne dass ein elektrischer Kurzschluss auftritt. Beispielsweise können hier Öle oder Paraffine als dielektrisches Fluid eingesetzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann es vorgesehen sein, dass mindestens ein Verbindungselement, beispielsweise zur elektrischen Verbindung von elektrischen Energiespeichereinheiten, wenigstens partiell innerhalb des Kühlkreislaufs der Temperiereinrichtung angebracht ist. Somit steht das Verbindungselement in direktem Kontakt mit dem im Kühlkreislauf vorhandenen Fluid und Wärme kann effektiv abgeführt beziehungsweise zugeführt werden. Dadurch, dass das Verbindungselement ohne räumliche Nähe zu einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb des Kühlkreislaufs angeordnet ist, wird die Zuverlässigkeit des Temperiersystems erhöht sowie zusätzliche Flexibilität bei der Herstellung er- reicht. Beispielsweise können entsprechende Fluidleitungen mit integrierten Verbindungselementen hergestellt werden und anschließend die Verbindungselemente mittels einer Art„Clip-Verfahrens" mit den elektrischen Energiespeichereinheiten verbunden werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zumindest der innerhalb des Kühlkreislaufs angebrachte Teil eines Verbindungselementes, realisiert beispielsweise in Form eines Zellverbinders, über eine zusätzliche elektrisch isolierende Oberflä- chenbeschichtung verfügt. Dadurch kann die Isolation gegenüber Stromfluss erhöht werden. Somit kann beispielsweise auch eine gewisse Leitfähigkeit des verwendeten Fluids kompensiert werden. Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer
Temperiereinrichtung einer elektrischen Energiespeichereinheit mit einem fluid- basierten Kühlkreislauf, wobei bei Nutzung unterhalb eines definierten Leistungs- levels der elektrischen Energiespeichereinheit ein im Kühlkreislauf verwendetes Fluid nahezu vollständig einem wärmeisolierten Fluidspeicherbehältnis zugeführt wird. Somit kann beispielsweise bei Nichtnutzung der elektrischen Energiespeichereinheit oder nur sehr geringer Nutzung das dem Behältnis zugeführte Fluid vorteilhafterweise auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden, ohne dass ihm aktiv Wärme zugeführt werden muss. Insbesondere beim Parken oder Ab- stellen über Nacht eines Fahrzeugs mit elektrischer Energiespeichereinheit und der beschriebenen Temperiereinrichtung kann das Verfahren vorteilhaft eingesetzt werden. Auch wenn nur Ruhestromanforderungen zu erfüllen sind, also beispielsweise nur ein Steuergerät zu versorgen ist, kann es vorteilhaft sein, das im Kühlkreislauf verwendete Fluid dem wärmeisolierten Fluidspeicherbehältnis zuzuführen. Die weiter oben genannten Vorteile der Vorrichtung gelten gleichermaßen.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann im Bedarfsfall das im Fluidspeicherbehältnis gespeicherte Fluid durch ein Heizelement und/oder einen Wärmetauscher temperiert werden. Hierbei kann ein Bedarfsfall sein, dass nach längerer Nutzung unterhalb eines definierten Leistungslevels wieder eine höhere Leistung von der elektrischen Energiespeichereinheit abgerufen wird beziehungsweise abgerufen werden soll. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Temperierung innerhalb eines wärmeisolierten Behältnisses erfolgt, da auf diese Weise ein Temperiervorgang schneller erfolgen kann, als dies bei einem innerhalb des Kühlkreislaufes verteiltem Fluid der Fall ist. Die weiter oben genannten Vorteile der Vorrichtung gelten gleichermaßen.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Batteriesystem, welches mindestens zwei elektrische Energiespeichereinheiten umfasst und mit der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung beziehungsweise mit Mitteln zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet ist. Somit bietet das Batteriesystem insbesondere verkürzte Startzeiten, bis eine gewünschte Leistung abgerufen werden kann, und eine optimierte Temperierung der Energiespeichereinheiten, was die Systemlebensdauer und die erzielbare Leistung erhöht. Die Mittel zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise einen Kühlkreislauf mit einem Fluid, eine Pumpe im Kühlkreislauf, mindestens ein Absperrorgan wie ein Ventil und/oder ein Steuergerät umfassen. Das Steuergerät empfängt dabei geeignete Signale, verarbeitet diese und steuert angebundene Aktuatoren wie die Pumpe oder das Absperrorgan.
Gemäß einem weiteren Gedanken wird zumindest eine elektrische Energiespeichereinheit des Batteriesystems zumindest teilweise von dem im Kühlkreislauf verwendeten Fluid umschlossen. Somit kann über den direkten Kontakt zwischen Energiespeichereinheit und Fluid, das insbesondere innerhalb des Kühlkreislaufs zirkuliert, eine sehr gute Temperierung der Energiespeichereinheit erreicht werden.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul aus zwei oder mehr elektrochemischen Batteriezellen und/oder ein Batteriepack aus zwei oder mehr Batteriemodulen verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Batteriezelle oder ein Lithium-Batteriemodul oder ein Lithium-Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure- Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zu sammensetzung sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Temperiereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Temperiereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Temperiereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine schematische Darstellung mehrerer innerhalb eines Kühlkreislaufs einer Temperiereinrichtung angeordneter Verbindungselemente für Batteriezellen und
Figur 5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
Figur 1 zeigt schematisch gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eine Temperiereinrichtung 10 mit Kühlkreislauf, die mit einer elektrischen Energiespeichereinheit 18 verbunden ist, beispielsweise über geeignete Fluidleitungen 16. Über ein Ventil 11 ist das mit einer Wärmeisolierung 15 umgebene Fluidspeicherbehältnis 14 an den Kühlkreislauf angeschlossen. Dabei kann das im Kühlkreislauf zirkulierende Fluid ein Gas oder eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch, sein. Beim Anschluss des wärmeisolierten Fluidspei- cherbehältnisses ist es vorteilhaft, die Anschlussleitung 17 zwischen Ventil 11 und Fluidspeicherbehältnis 14 kurz zu gestalten, um mögliche Wärmeverluste zu minimieren. Zur Erwärmung oder Kühlung des im Kühlkreislaufs zirkulierenden Fluids ist ein Wärmetauscher 12 in den Kreislauf integriert. Eine Pumpe 13 im Kühlkreislauf wälzt das Fluid um. Entsprechende Stellbefehle können beispielsweise von einem Steuergerät, welches in Figur 1 nicht gezeigt ist, übertragen werden.
In Figur 2 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung 10 dargestellt. Dabei ist ein Heizelement 20 in das Fluidspeicherbehältnis 14 mit der umgebenden Wärmeisolierung 15 integriert. So kann beispielsweise eine im Kühlkreislauf verwendete Flüssigkeit schnell erwärmt beziehungsweise aufgeheizt werden. Dies ist insbesondere bei längerer Nichtbenutzung, wie beispielsweise beim Abstellen eines Fahrzeugs mit der Temperiereinrichtung über Nacht, vorteilhaft, da die Zeit bis zum Betriebsstart verringert werden kann.
Figur 3 zeigt schematisch gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eine Temperiereinrichtung 10. Dabei ist das wärmeisolierte Fluidspeicherbehältnis 14 über zwei Ventile 1 1 an die Fluidleitungen 16 des Kühlkreislaufs angeschlossen. Beispielsweise können damit einfachere Ventil eingesetzt werden und/oder der Zu- und Abfluss von Fluid einfacher geregelt werden. In das Fluidspeicherbehältnis 14 ist ein Wärmetauscher 30 integriert. Somit kann das dort gespeicherte Fluid schnell gekühlt oder erwärmt beziehungsweise erhitzt werden.
Der in den Kühlkreislauf eingebaute Wärmetauscher 12 kann dabei auch mit dem in das Fluidspeicherbehältnis 14 eingebauten Wärmetauscher 30 sowie dem Heizelement 20 kombiniert werden, sodass Wärme sowohl über den Kühlkreis- lauf als auch über das Fluidspeicherbehältnis zu- beziehungsweise abgeführt werden kann. Eine zusätzliche Integration eines Heizelementes in den Kühlkreislauf, beispielsweise anstelle des Wärmetauschers, ist ebenfalls möglich.
In Figur 4 sind schematisch mehrere innerhalb einer Fluidleitung 16 eines Kühl- kreislaufs einer Temperiereinrichtung 10 angeordnete Verbindungselemente 40 dargestellt. Die Verbindungselemente 40 verbinden Batteriezellen 42 jeweils mit ihren Nachbarn elektrisch. Die Verbindungselemente 40 sind hierbei als Zellverbinder ausgelegt. Dabei kann die Fluidleitung 16 aus einzelne Fluidleitungsseg- mente bestehen, wobei die Fluidleitungssegmente aus Halbschalen hergestellt werden. In die Halbschalen werden die Verbindungselemente 40 fluiddicht eingebracht, das heißt, ihre Verbindungsstellen nach außen werden fluiddicht abgedichtet. Anschließend werden die Halbschalen fluiddicht miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise über einen stoffschlüssigen Verbindungsprozess wie Schweißen oder Löten erfolgen. Durch fluiddichtes Verbinden mehrere Fluidlei- tungssegmente kann somit der Kühlkreislauf der Temperiereinrichtung in einfacher Weise aufgebaut werden.
In Figur 5 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. In einem ersten Schritt ST1 wird die Nutzung der elektrischen Energiespeichereinheit festgestellt. In einem zweiten Schritt ST2 wird entschieden, ob die Nutzung unterhalb oder oberhalb eines definierten Leistungslevels liegt. Falls die Nutzung unterhalb liegt, wird in einem dritten Schritt ST3 das im Kühlkreislauf verwendete Fluid nahezu vollständig einem zumindest teilweise mit einer Wärmeisolierung umgebenen Fluidspeicher- behältnis zugeführt. Liegt die Nutzung oberhalb eines definierten Leistungslevels, verbleibt in einem vierten Schritt ST4 das Fluid im Kühlkreislauf. Das Verfahren kann in periodischen Abständen oder ereignisbasiert ausgeführt werden, beispielsweise bei Ausschalten der Zündung.

Claims

Ansprüche
1. Temperiereinrichtung (10) einer elektrischen Energiespeichereinheit (18, 42), umfassend einen fluidbasierten Kühlkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (10) ein über ein Absperrorgan (11) an den Kühlkreislauf angebundenes, zumindest teilweise mit einer Wärmeisolierung (15) umgebenes Fluidspeicherbehältnis (14) aufweist.
2. Temperiereinrichtung (10) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrorgan als Ventil (11) ausgebildet ist.
3. Temperiereinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass das Fluidspeicherbehältnis (14) eingerichtet ist, ein im Kühlkreislauf verwendetes Fluid nahezu vollständig aufzunehmen.
4. Temperiereinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidspeicherbehältnis (14) ein Heizelement (20) umfasst.
5. Temperiereinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidspeicherbehältnis (14) einen Wärmetauscher (30) umfasst.
6. Temperiereinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kühlkreislauf verwendete Fluid ein dielektrisches Fluid ist.
7. Temperiereinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement (40) für elektrische Energiespeichereinheiten (18, 42) wenigstens partiell innerhalb einer Fluidleitung (16) des Kühlkreislaufs der Temperiereinrichtung (10) angebracht ist.
8. Temperiereinrichtung (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der innerhalb der Fluidleitung (16) des Kühlkreislaufs angebrachte Teil des mindestens einen Verbindungselements (40) über eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung verfügt.
9. Verfahren zum Betrieb einer Temperiereinrichtung (10) einer elektrischen Energiespeichereinheit (18, 42) mit einem fluidbasierten Kühlkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nutzung der elektrischen Energiespeichereinheit (18,42) unterhalb eines definierten Leistungslevels ein im Kühlkreislauf verwendetes Fluid nahezu vollständig einem zumindest teilweise mit einer Wärmeisolierung (15) umgebenen Fluidspeicherbehältnis (14) zugeführt wird.
10. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Bedarfsfall das im wärmeisolierten Fluidspeicherbehältnis (14) gespeichertes Fluid durch ein Heizelement (20) und/oder einen Wärmetauscher (30) temperiert wird.
1 1. Elektrisches Energiespeichersystem umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (18, 42), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiespeichersystem eine Temperiereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst und/oder mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10 ausgestattet ist.
12. Elektrisches Energiespeichersystem gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (18, 42) zumindest teilweise von dem im Kühlkreislauf verwendeten Fluid umschlossen ist.
13. Verwendung eines Temperiersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 10 und/oder eines elektrischen Energiespeichersystems nach einem der Ansprüche 1 1 bis 12 in Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen und stationären Energiespeicherinstallationen.
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