WO2020233732A1 - Temperiereinrichtung für einen energiespeicher - Google Patents

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fluid
temperature control
control device
storage cell
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Sheila WALIÑO ARIETE
Ruifei XIANG
Perry UHLIG
Sandeep BOLINENI RAO
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Gentherm Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a temperature control device for an energy store, with at least one thermoelectric device, which has at least a first and a second heat exchange surface, wherein a second heat exchange surface is arranged so that the thermoelectric device via the second heat exchange surface with a the thermoelectric device passed heat exchange fluid is in convective heat exchange.
  • the invention also relates to an energy storage system with an energy storage device comprising a plurality of electrically conductively connected storage cells, and a temperature control device for temperature control of the energy storage device, the storage cells of the energy storage device being arranged in one or more storage cell areas of the temperature control device.
  • the invention relates to a vehicle with an electric drive and an energy storage system which is set up to provide the electric drive with electrical energy.
  • Modern rechargeable energy storage devices must be operated within a comparatively narrow temperature range in order to avoid a drop in performance and a loss of capacity.
  • rechargeable energy storage devices can be damaged by operation outside of an intended temperature range.
  • the service life and the charging times of rechargeable energy stores are also dependent to a considerable extent on the operating temperature.
  • temperature control devices are used, via which the energy storage device can be cooled and / or heated during operation.
  • Contact temperature control are to be connected to the energy store in a thermally conductive manner.
  • it is known to guide a discharge air flow along the opposite heat exchange surfaces of the thermoelectric devices in order to carry out heat removal from the thermoelectric devices. Since the coefficient of performance of corresponding thermoelectric devices is usually less than 1, the heat to be dissipated at the thermoelectric devices is usually higher than the heat to be dissipated by the energy store. In order to generate suitable exhaust air flows, extremely powerful fans are therefore also required, which involve high energy consumption and a high noise level.
  • contact temperature control with thermoelectric devices there are also often local temperature control differences at the storage cells, since the size of the contact area between the individual storage cells and the thermoelectric devices sometimes deviates from one another. The object on which the invention is based is thus to improve the temperature control of energy stores without increasing the noise level generated during the storage temperature control.
  • thermoelectric device in conductive heat exchange with the energy store via the first heat exchange surface
  • second heat exchange surface is also arranged in this way that at least part of the heat exchange fluid passed there was previously additionally in convective heat exchange with the energy store.
  • the invention makes use of the knowledge that through the combination of convection temperature control and contact temperature control, energy storage devices can be temperature controlled in a particularly energy-efficient and low-noise manner.
  • the heat exchange fluid can be a gas or a gas mixture, for example air, or a liquid.
  • the first heat exchange surface is a heating surface and the second heat exchange surface is a heat supply surface.
  • the first heat exchange surface is a cooling surface and the second heat exchange surface is a heat dissipation surface.
  • the energy store can be a rechargeable and / or electrochemical energy store.
  • a conductive heat exchange can be made possible directly by direct contact between the components involved or indirectly with the interposition of thermally conductive elements such as metal layers or thermally conductive pastes.
  • a convective heat exchange can be made possible directly through direct contact of the heat exchange fluid with the components involved or indirectly with the interposition of heat exchangers, cooling plates, heat distribution plates, surface enlargers or components to reduce thermal transfer resistance or corrosion.
  • one or more thermoelectric devices are set up to be connected to at least one storage cell of the energy store by means of the first heat exchange surface in a thermally conductive manner.
  • the temperature control device preferably comprises one or more heat exchange bodies and the second heat exchange surface of the one or more thermoelectric devices is in each case connected to a heat exchange body in a thermally conductive manner.
  • the temperature control device comprises one or more storage cell areas which are set up to accommodate storage cells of the energy store.
  • the temperature control device preferably has a fluid guide device which is set up to guide the heat exchange fluid for heat exchange through a storage cell area and along a heat exchange body and / or through a heat exchange body.
  • the heat exchange fluid is first passed through the storage cell area for convection temperature control of the storage cells, before heat is exchanged with the second heat exchange surface of the one or more thermoelectric devices, with the one or more thermoelectric devices ensure additional contact temperature control on the energy storage device.
  • the combined convection and contact temperature control of the temperature control device according to the invention also avoids or at least significantly reduces a temperature gradient along the storage cells of the energy store to be temperature controlled. Any temperature differences in the storage cells due to different contact area sizes between the storage cells and the one or more thermoelectric devices are compensated or at least significantly reduced by the heat exchange fluid which is passed through the one or more storage cell areas.
  • the first heat exchange surface of the thermoelectric device can be thermally conductive with the storage cells of the via a heat distribution device Be connected to energy storage.
  • the heat distribution device can comprise one or more heat distribution plates and / or thermal paste.
  • the temperature control device is designed as a temperature control unit into which the storage cells of the energy store can be used or integrated.
  • the temperature control device has an outer housing, the one or more storage cell areas for the storage cells of the energy store being arranged within the outer housing.
  • the one or more thermoelectric devices can be designed as Peltier elements or each comprise one or more Peltier elements.
  • the temperature control device can be set up to cool and / or heat the energy store.
  • the fluid supply device has a distribution channel which has a fluid inlet opening and one or more fluid outlet openings.
  • the heat exchange fluid can be introduced into a storage cell area via the one or more fluid outlet openings of the distribution channel.
  • the distribution channel is preferably set up to divide the heat exchange fluid into a plurality of individual fluid flows.
  • the distribution channel of the fluid guide device can be designed, for example, as a plastic part, in particular as a plastic injection-molded part.
  • the fluid inlet opening is formed on an end face of the distribution channel.
  • one or more fluid outlet openings are formed on at least one side surface of the distributor channel.
  • the one or more fluid outlet openings are preferably formed by recesses in the side wall of the distribution channel.
  • the distributor channel is preferably designed and arranged in such a way that the heat exchange fluid flows into the distributor channel in the longitudinal direction through the fluid inlet opening.
  • the distributor channel is preferably designed and arranged in such a way that the heat exchange fluid flows out of the distributor channel in the transverse direction through the one or more fluid outlet openings.
  • a temperature control device is also preferred in which the distributor channel has opposite fluid outlet openings, via which the heat exchange fluid can be introduced into storage cell areas which are arranged on opposite sides of the distributor channel.
  • the fluid outlet openings are preferably formed on opposite side surfaces of the distribution channel and / or are formed by recesses in opposite side surfaces of the distribution channel.
  • the distribution channel is preferably arranged between two storage cell areas of the temperature control device.
  • the fluid supply device has at least one temperature control device
  • Deflection body which is designed to consist of a
  • the inflow direction of the at least one deflecting body preferably deviates from the outflow direction of the at least one deflecting body, so that a flow deflection is implemented within the at least one deflecting body.
  • the at least one deflection body can be designed as a plastic part, in particular as a plastic injection-molded part. In another preferred embodiment of the invention
  • the at least one deflection body is arranged on a lateral outside of a storage cell area.
  • the distribution channel of the fluid guide device is preferably arranged on an opposite outside of the storage cell area. The heat exchange fluid flowing out of the distributor channel can thus enter the deflecting body after flowing through the storage cell area and be deflected by the deflecting body in the direction of one or more heat exchange bodies.
  • a temperature control device is advantageous in which the at least one deflecting body has a plurality of fluid outlet channels, the fluid outlet channels each being designed to
  • the at least one deflecting body preferably has one fluid inlet opening and several Fluid outlet openings, the fluid outlet openings being provided by the fluid outlet channels.
  • the temperature control device has a first outer deflecting body and a second outer deflecting body.
  • the first external deflecting body is preferably designed to feed the heat exchange fluid flowing out of a first storage cell area to one or more heat exchange bodies which are connected in a thermally conductive manner to the second heat exchange surface of one or more thermoelectric devices, this being one or more thermoelectric devices for this purpose are set up to be connected with their first heat exchange surface in a thermally conductive manner to memory cells within the first memory cell area.
  • the second external deflecting body is preferably set up to feed the heat exchange fluid flowing out of a second storage cell area to one or more heat exchange bodies, which conductively with the second heat exchange surface of one or more thermoelectric
  • thermoelectric devices are connected, wherein these one or these several thermoelectric devices are set up to be connected with their first heat exchange surface in a thermally conductive manner to memory cells within the second memory cell area.
  • the first storage cell area and the second storage cell area are preferably arranged between the two outer deflecting bodies.
  • the distribution channel is preferably arranged between the two outer deflecting bodies.
  • the fluid supply device has a collecting channel which has one or more
  • the collecting channel is arranged behind the one or more heat exchange bodies in the flow direction and is designed to lead the heat exchange fluid out of the temperature control device.
  • the collecting channel is preferably set up to merge several individual fluid flows back together to form a main fluid flow in order to guide this main fluid flow out of the temperature control device.
  • the collecting channel of the fluid guide device is preferably designed as a plastic part, in particular as a plastic injection molded part.
  • the one or more fluid inlet openings are formed at least on one side surface of the collecting channel.
  • the collecting channel is preferably designed and arranged in such a way that the heat exchange fluid flows into the collecting channel in the transverse direction through the one or more fluid inlet openings.
  • the collecting channel is preferably designed and arranged in such a way that the heat exchange fluid flows in the longitudinal direction through the collecting channel in the direction of the fluid outlet opening of the collecting channel.
  • the collecting channel has opposite fluid inlet openings, via which the heat exchange fluid can be introduced from the heat exchange bodies into the collecting channels, which are arranged on opposite sides of the collecting channel.
  • the collecting channel is preferably arranged between two groups of heat exchange bodies.
  • the first group of heat exchange bodies is preferably assigned to a first group of thermoelectric devices.
  • the first group of thermoelectric devices is preferably assigned to a first memory cell area.
  • the group of heat exchange bodies is preferably assigned to a second group of thermoelectric devices.
  • the second group of thermoelectric devices is preferably assigned to a second memory cell area.
  • the temperature control device has one or more
  • Heat exchange body each have one or more heat exchange fins, one or more heat exchange fins and / or one or more heat exchange pins. Heat exchange fins, heat exchange fins and heat exchange pins increase the surface over which a heat exchange with the
  • Heat exchange fluid can take place, so that the heat exchange between the heat exchange fluid and the one or more heat exchange bodies is increased.
  • One or more Heat exchange bodies can be formed from a metal or a metal alloy.
  • a temperature control device is also advantageous which has at least one flow generator which is set up to generate a flow of the heat exchange fluid.
  • the at least one flow generator can be positioned within the outer housing, on the outer housing or away from the outer housing of the temperature control device.
  • the at least one flow generator can be designed as a fan or as a pump.
  • the temperature control device according to the invention has a control device which is set up to control the one or more thermoelectric devices and the at least one flow generator.
  • the control device is preferably set up to selectively initiate simultaneous or time-delayed operation of the one or more thermoelectric devices and of the at least one flow generator.
  • the object on which the invention is based is further achieved by an energy storage system of the type mentioned at the beginning, the temperature control device of the energy storage system according to the invention being designed according to one of the embodiments described above.
  • the storage cells of the energy store can be electrochemical storage cells, for example lithium-ion cells.
  • the energy storage comprises a first group of Storage cells and a second group of storage cells, the first group of storage cells being arranged in a first storage cell area of the temperature control device and the second group of storage cells being arranged in a second storage cell area of the temperature control device.
  • the first memory cell area and the second memory cell area are preferably arranged at a distance from one another.
  • a distribution channel of the fluid supply device of the temperature control device is arranged between the first group of storage cells and the second group of storage cells and / or between the first storage cell area and / or the second storage cell area.
  • a first deflecting body of the fluid guide device is arranged on a lateral outside of the first group of storage cells.
  • a second deflecting body of the fluid guide device is preferably arranged on a lateral outside of the second group of storage cells.
  • the object on which the invention is based is also achieved by a vehicle of the type mentioned at the outset, the energy storage system of the vehicle according to the invention being designed according to one of the embodiments described above or comprising a temperature control device according to one of the embodiments described above.
  • the energy storage system of the vehicle according to the invention being designed according to one of the embodiments described above or comprising a temperature control device according to one of the embodiments described above.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the invention
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows the energy storage system depicted in FIG. 4 in another
  • FIG. 6 shows the flow paths of a heat exchange fluid through an energy storage system according to the invention.
  • FIG. 7 shows a distribution channel of a temperature control device according to the invention in a perspective illustration.
  • the energy storage system 100 shows an energy storage system 100, which can be used, for example, to provide electrical energy to an electrical drive of a vehicle.
  • the energy storage system 100 has an energy store 102 which comprises a plurality of storage cells connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the storage cells of the energy store 102 are positioned within a storage cell area 12 of a temperature control device 10.
  • the temperature control device 10 is used to control the temperature of the energy store 102.
  • the temperature control device 10 has a thermoelectric device 14 which comprises a multiplicity of Peltier elements.
  • the thermoelectric device 14 has a first heat exchange surface 16 and a second heat exchange surface 18.
  • the first heat exchange surface 16 and the second heat exchange surface 18 are arranged on opposite sides of the thermoelectric device 14.
  • the first heat exchange surface 16 of the thermoelectric device 14 is connected to the storage cells of the energy store 102 in a thermally conductive manner via a heat distribution device.
  • the second heat exchange surface 18 of the thermoelectric device 14 is connected in a thermally conductive manner to a heat exchange body 20 of the temperature control device 10.
  • the heat exchange body 20 has heat exchange fins and is designed so that it can flow through.
  • the temperature control device 10 also has a fluid guide device 24, via which a flow of a heat exchange fluid 22 generated by a flow generator for heat exchange can be guided first through the storage cell area 12 and then through the heat exchange body 20.
  • thermoelectric device 14 contact temperature control of the energy store 102 via the thermoelectric device 14 is consequently combined with convection temperature control of the energy store 102 by means of the heat exchange fluid 22.
  • Fig. 2 shows two groups of memory cells 104a, 104b one
  • Energy store 102 which are arranged in two spaced apart storage cell areas 12a, 12b of a temperature control device 10.
  • the first group of memory cells 104a is arranged in a first memory cell area 12a of the temperature control device 10.
  • the second group of memory cells 104b is in a second memory cell area 12b of the temperature control device
  • a distribution channel 26 of the fluid guide device 24 of the temperature control device 10 is arranged between the first group of storage cells 104a and the second group of storage cells 104b and between the first storage row area 12a and the second storage cell area 12b.
  • the heat exchange fluid 22 flowing into the distribution channel 26 is introduced into the storage cell areas 12a, 12b through opposite fluid outlet openings in the side walls of the distribution channel 26.
  • the deflecting bodies 28a, 28b convey the heat exchange fluid 22 flowing out of the storage cell areas 12a, 12b to a plurality of heat exchange bodies 20a, 20b.
  • FIG. 3 shows the plurality of heat exchange bodies 20a, 20b, which are formed by the heat exchange fluid 22 flowing out of the deflection bodies 28a, 28b are flowed through.
  • the heat exchange bodies 20a, 20b are connected in a thermally conductive manner to the second heat exchange surface 18 of thermoelectric devices 14.
  • the heat exchange bodies 20a, 20b thus ensure a heat exchange between the second heat exchange surface 18 of the thermoelectric devices 14 and the heat exchange fluid 22.
  • FIGS. 4 and 5 show an energy storage system 100 with an energy store 102 which comprises a plurality of storage cells 104a, 104b that are electrically conductively connected to one another. For tempering the
  • the energy storage system 100 further comprises a temperature control device 10.
  • the storage cells 104a, 104b of the energy store 102 are arranged in storage cell areas 12a, 12b of the temperature control device 10.
  • the fluid guide device 24 of the temperature control device 10 comprises a
  • Distribution channel 26 two deflecting bodies 28a, 28b and a collecting channel 30.
  • the distribution channel 26 comprises a fluid inlet opening 38 and a plurality of fluid outlet openings 40a, 40b.
  • the heat exchange fluid 22 flowing in via the fluid inlet opening 38 is divided into a plurality of individual fluid flows by the distributor channel 26.
  • the heat exchange fluid is via the fluid outlet openings 40a, 40b of the distribution channel 26 in the
  • the fluid inlet opening 38 is formed on the end face of the distributor channel 26.
  • the fluid outlet openings 40a, 40b are arranged opposite one another, so that the heat exchange fluid can be introduced into the storage cell regions 12a, 12b, which are arranged on opposite sides of the distribution channel 26.
  • covers 32a, 32b are arranged which prevent the heat exchange fluid from escaping from the energy storage system 100 in the area of the storage cell areas 12a, 12b.
  • the deflecting bodies 28a, 28b are arranged on the lateral outer sides of the memory cell regions 12a, 12b.
  • the deflection bodies 28a, 28b each have a plurality of fluid outlet channels 48a, 48b, the fluid outlet channels 48a, 48b introducing the heat exchange fluid into a heat exchange body 20a, 20b.
  • the deflecting body 28a is designed to convey the heat exchange fluid flowing out of the storage cell area 12a to a plurality of heat exchange bodies 20a.
  • the heat exchange bodies 20a are connected in a thermally conductive manner to the second heat exchange surface 18 of a plurality of thermoelectric devices 14. These thermoelectric devices 14 are connected with their first heat exchange surface 16 via a heat distribution device in a thermally conductive manner to the storage cells 104a within the storage cell area 12a.
  • the deflecting body 28b is set up to convey the heat exchange fluid flowing out of the storage cell region 12b to a plurality of heat exchange bodies 20b.
  • the heat exchange body 20b are thermally conductive with the second
  • thermoelectric surface 18 connected by several thermoelectric devices 14. These thermoelectric devices 14 are connected with their first heat exchange surface 16 via a heat distribution device in a thermally conductive manner to the storage cells 104b within the storage cell region 12b.
  • the collecting channel 30 has a plurality of fluid inlet openings 42a, 42b and a fluid outlet opening 44.
  • the collecting channel 30 is arranged behind the heat exchanger bodies 20a, 20b in the flow direction and is set up to guide the heat exchange fluid out of the temperature control device 10.
  • the fluid inlet openings 42a, 42b are formed on opposite sides of the collecting channel 30.
  • the heat exchange fluid can be introduced from the heat exchange bodies 20a, 20b into the collecting channel 30 via the opposite fluid inlet openings 42a, 42b.
  • the heat exchange bodies 20a, 20b each have heat exchange fins, the heat exchange fins being surrounded by a cover 36.
  • the cover 36 is a U-shaped body.
  • heat distributing devices 46 are arranged, which in the present case are designed as heat distributing plates. 6 shows that the heat exchange fluid 22 initially flows in the longitudinal direction through the fluid inlet opening 38 into the distribution channel 26. Through the distribution channel 26, the heat exchange fluid 22 is divided into a plurality of individual fluid flows 22 which flow out of the distribution channel 26 in the transverse direction through the plurality of fluid outlet openings 40a, 40b.
  • the heat exchange fluid 22 is deflected twice via the deflecting bodies 28a, 28b, so that the inflow direction and the outflow direction into and out of the deflecting bodies 28a, 28b run in opposite directions. That in the
  • Heat exchange fluid 22 flowing in deflector body 28a, 28b has an outward flow direction.
  • the heat exchange fluid 22 flowing out of the deflecting bodies 28a, 28b has an inwardly directed flow direction.
  • the heat exchange fluid 22 thus flows into the collecting channel 30 in the transverse direction.
  • the heat exchange fluid 22 flows in the longitudinal direction through the collecting duct 30 and out of the collecting duct 30.
  • a further fluid flow can be introduced at the end of the collecting duct 30, which fluid flow has already flowed, for example, through another upstream temperature control device.
  • fluid outlet openings 40a, 40b of the distributor channel 26 can have different sizes. Opposite fluid outlet openings 40a, 40b are, however, made the same size in this exemplary embodiment. The size of the fluid outlet openings 40a, 40b decreases in the flow direction of the heat exchange fluid 22.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung (10) für einen Energiespeicher (102), mit mindestens einer thermoelektrischen Einrichtung (14), welche mindestens eine erste und eine zweite Wärme-Austauschfläche (16, 18) aufweist, wobei eine zweite Wärme-Austauschfläche (18) so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung (14) über die zweite Wärme-Austauschfläche (18) mit einem an der thermoelektrischen Einrichtung (14) vorbeigeführten Wärmeaustausch-Fluid (22) in konvektivem Wärmeaustausch steht.

Description

Temperiereinrichtung für einen Energiespeicher
Die Erfindung betrifft eine Temperiereinrichtung für einen Energiespeicher, mit mindestens einer thermoelektrischen Einrichtung, welche mindestens eine erste und eine zweite Wärme-Austauschfläche aufweist, wobei eine zweite Wärme- Austauschfläche so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung über die zweite Wärme-Austauschfläche mit einem an der thermoelektrischen Einrichtung vorbeigeführten Wärmeaustausch-Fluid in konvektivem Wärmeaustausch steht.
Ferner betrifft die Erfindung ein Energiespeichersystem mit einem Energiespeicher, welcher mehrere elektrisch leitfähig miteinander verbundene Speicherzellen umfasst, und einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des Energiespeichers, wobei die Speicherzellen des Energiespeichers in einem oder mehreren Speicherzellenbereichen der Temperiereinrichtung angeordnet sind.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einem Energiespeichersystem, welches dazu eingerichtet ist, dem elektrischen Antrieb elektrische Energie bereitzustellen.
Moderne wiederaufladbare Energiespeicher sind innerhalb eines vergleichsweise engen Temperaturbereichs zu betreiben, um einen Leistungsabfall und einen Kapazitätsverlust zu vermeiden. Darüber hinaus können wiederaufladbare Energiespeicher durch den Betrieb außerhalb eines vorgesehenen Temperaturbereichs beschädigt werden. Auch die Lebensdauer sowie die Ladezeiten wiederaufladbarer Energiespeicher sind in erheblichen Maße von der Betriebstemperatur abhängig.
Um wiederaufladbare Energiespeicher innerhalb des vorgesehenen
Temperaturbereichs betreiben zu können, werden Temperiereinrichtungen eingesetzt, über welche die Energiespeicher im Betrieb gekühlt und/oder erwärmt werden können.
Bestätigungskopie Aus dem Stand der Technik bekannte Temperiereinrichtungen setzen dabei beispielsweise ausschließlich auf eine Konvektionstemperierung, bei welcher der wiederaufladbare Energiespeicher mit einer Fluidströmung beaufschlagt wird, um eine Kühlung oder Erwärmung des Energiespeichers umzusetzen. Da bei der Temperierung leistungsfähiger Energiespeicher vergleichsweise große Wärmemengen abzutransportieren sind, erfordern entsprechende Temperierlösungen den Einsatz leistungsstarker Lüfter. Derartige Lüfter weisen üblicherweise einen hohen Energieverbrauch auf und verursachen im Betrieb einen hohen Geräuschpegel, wodurch die ausschließliche Konvektionstemperierung für einige Anwendungsbereiche ausscheidet. Darüber hinaus entsteht bei einer entsprechenden Temperierung eines Energiespeichers ein Temperaturgradient entlang der Speicherzellen des Energiespeichers, da die Fluidströmung entlang der zu temperierenden Speicherzellen eine Temperaturänderung erfährt. In einem alternativen Temperieransatz werden thermoelektrische Einrichtungen verwendet, deren Wärme-Austauschflächen zur Umsetzung einer
Kontakttemperierung wärmeleitend mit dem Energiespeicher zu verbinden sind. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, eine Abführluftströmung an den gegenüberliegenden Wärme-Austauschflächen der thermoelektrischen Einrichtungen entlang zu führen, um einen Wärmeabtransport von den thermoelektrischen Einrichtungen zu realisieren. Da die Leistungszahl entsprechender thermoelektrischer Einrichtungen üblicherweise kleiner 1 ist, ist die abzuführende Wärme an den thermoelektrischen Einrichtungen regelmäßig höher als die von dem Energiespeicher abzuführende Wärme. Zur Erzeugung geeigneter Abführluftströmungen sind somit ebenfalls äußerst leistungsfähige Lüfter erforderlich, welche einen hohen Energieverbrauch und einen hohen Geräuschpegel mit sich bringen. Bei der Kontakttemperierung mit thermoelektrischen Einrichtungen kommt es außerdem häufig zu lokalen Temperierunterschieden an den Speicherzellen, da die Größe der Kontaktfläche zwischen den einzelnen Speicherzellen und den thermoelektrischen Einrichtungen teilweise voneinander abweicht. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, die Temperierung von Energiespeichern zu verbessern, ohne dabei den bei der Speichertemperierung erzeugten Geräuschpegel zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Temperiereinrichtung der eingangs genannten Art, wobei eine erste Wärme-Austauschfläche so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung über die erste Wärme-Austauschfläche mit dem Energiespeicher in konduktivem Wärmeaustausch steht, und die zweite Wärme-Austauschfläche außerdem so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des dort vorbeigeführten Wärmeaustausch-Fluids zuvor zusätzlich in konvektivem Wärmeaustausch mit dem Energiespeicher gewesen ist.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die Kombination einer Konvektionstemperierung und einer Kontakttemperierung Energiespeicher besonders energieeffizient und geräuscharm temperiert werden können.
Das Wärmeaustausch-Fluid kann ein Gas oder ein Gasgemisch, beispielsweise Luft, oder eine Flüssigkeit sein. Im Heizbetrieb der Temperiereinrichtung ist die erste Wärme-Austauschfläche eine Heizfläche und die zweite Wärme- Austauschfiäche eine Wärmezuführfläche. Im Kühlbetrieb der Temperiereinrichtung ist die erste Wärme-Austauschfläche eine Kühlfläche und die zweite Wärme-Austauschfläche eine Wärmeabführfläche. Der Energiespeicher kann ein wiederaufladbarer und/oder elektrochemischer Energiespeicher sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung kann ein konduktiver Wärmeaustausch direkt durch unmittelbare Berührung der beteiligten Komponenten untereinander oder indirekt unter Zwischenschaltung wärmeleitender Elemente wie Metallschichten oder Wärmeleitpasten ermöglicht sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein konvektiver Wärmeaustausch direkt durch unmittelbare Berührung des Wärmeaustausch- Fluids mit den beteiligten Komponenten oder indirekt unter Zwischenschaltung von Wärmetauschern, Kühlblechen, Wärmeverteilplatten, Oberflächenvergrößerern oder Bauelementen zur Reduktion von thermischen Übergangswiderständen oder Korrosion ermöglicht sein. ln einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung ist eine oder sind mehrere thermoelektrische Einrichtungen dazu eingerichtet, mit der ersten Wärme-Austauschfläche wärmeleitend mit zumindest einer Speicherzelle des Energiespeichers verbunden zu werden. Vorzugsweise umfasst die Temperiereinrichtung einen oder mehrere Wärmetauschkörper und die zweite Wärme-Austauschfläche der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen ist jeweils wärmeleitend mit einem Wärmetauschkörper verbunden ist.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung einen oder mehrere Speicherzellenbereiche, welche dazu eingerichtet sind, Speicherzellen des Energiespeichers aufzunehmen. Vorzugsweise weist die Temperiereinrichtung eine Fluidführeinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, das Wärmeaustausch-Fluid zum Wärmeaustausch durch einen Speicherzellenbereich sowie entlang eines Wärmetauschkörpers und/oder durch einen Wärmetauschkörper zu leiten. Anders als die im Stand der Technik bekannten Temperiereinrichtungen wird das Wärmeaustausch-Fluid zunächst zur Konvektionstemperierung der Speicherzellen durch den Speicherzellenbereich geleitet, bevor ein Wärmeaustausch mit der zweiten Wärme-Austauschfläche der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen erfolgt, wobei die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtungen für eine zusätzliche Kontakttemperierung am Energiespeicher sorgen. Durch die kombinierte Konvektions- und Kontakttemperierung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung wird außerdem ein Temperaturgradient entlang der zu temperierenden Speicherzellen des Energiespeichers vermieden oder zumindest erheblich verringert. Etwaige Temperierunterschiede an den Speicherzellen aufgrund von unterschiedlichen Kontaktflächengrößen zwischen den Speicherzellen und der einen oder den mehreren thermoelektrischen Einrichtungen werden durch das Wärmeaustausch- Fluid, welches durch den einen oder die mehreren Speicherzellenbereiche geleitet wird, ausgeglichen oder zumindest erheblich reduziert.
Die erste Wärme-Austauschfläche der thermoelektrischen Einrichtung kann über eine Wärmeverteileinrichtung wärmeleitend mit den Speicherzellen des Energiespeichers verbunden sein. Die Wärmeverteileinrichtung kann eine oder mehrere Wärmeverteilplatten und/oder Wärmeleitpaste umfassen.
Insbesondere ist die Temperiereinrichtung als Temperiereinheit ausgebildet, in welche die Speicherzellen des Energiespeichers einsetzbar oder integrierbar sind. Insbesondere weist die Temperiereinrichtung ein Außengehäuse auf, wobei der eine oder die mehreren Speicherzellenbereiche für die Speicherzellen des Energiespeichers innerhalb des Außengehäuses angeordnet sind. Die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtungen können als Peltierelemente ausgebildet sein oder jeweils ein oder mehrere Peltierelemente umfassen. Die Temperiereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Energiespeicher zu kühlen und/oder zu erwärmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist die Fluidführeinrichtung einen Verteilerkanal auf, welcher eine Fluideinlassöffnung und eine oder mehrere Fluidauslassöffnungen aufweist. Das Wärmeaustausch-Fluid ist über die eine oder die mehreren Fluidauslassöffnungen des Verteilerkanals in einen Speicherzellenbereich einleitbar. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal dazu eingerichtet, das Wärmeaustausch-Fluid auf mehrere Einzelfluidströmungen aufzuteilen. Der Verteilerkanal der Fluidführeinrichtung kann beispielsweise als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung ist die Fluideinlassöffnung an einer Stirnseite des Verteilerkanals ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine oder sind mehrere Fluidauslassöffnungen an zumindest einer Seitenfläche des Verteilerkanals ausgebildet. Die eine oder die mehreren Fluidauslassöffnungen werden vorzugsweise durch Ausnehmungen in der Seitenbewandung des Verteilerkanals gebildet. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Längsrichtung durch die Fluideinlassöffnung in den Verteilerkanal einströmt. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Querrichtung durch die eine oder die mehreren Fluidauslassöffnungen aus dem Verteilerkanal herausströmt. Es ist außerdem eine erfindungsgemäße Temperiereinrichtung bevorzugt, bei welcher der Verteilerkanal gegenüberliegende Fluidauslassöffnungen aufweist, über welche das Wärmeaustausch-Fluid in Speicherzellenbereiche einleitbar ist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilerkanals angeordnet sind. Die Fluidauslassöffnungen sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Seitenflächen des Verteilerkanals ausgebildet und/oder werden durch Ausnehmungen in gegenüberliegenden Seitenflächen des Verteilerkanals gebildet. Der Verteilerkanal ist vorzugsweise zwischen zwei Speicherzellenbereichen der Temperiereinrichtung angeordnet. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Temperiereinrichtung weist die Fluidführeinrichtung zumindest einen
Umlenkkörper auf, welcher dazu eingerichtet ist, das aus einem
Speicherzellenbereich herausströmende Wärmeaustausch-Fluid einem oder mehreren Wärmetauschkörpern zuzuleiten. Die Einströmrichtung des zumindest einen Umlenkkörpers weicht vorzugsweise von der Ausströmrichtung des zumindest einen Umlenkkörpers ab, sodass eine Strömungsumlenkung innerhalb des zumindest einen Umlenkkörpers umgesetzt wird. Der zumindest eine Umlenkkörper kann als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Temperiereinrichtung ist der zumindest eine Umlenkkörper an einer lateralen Außenseite eines Speicherzellenbereichs angeordnet. Vorzugsweise ist an einer gegenüberliegenden Außenseite des Speicherzellenbereichs der Verteilerkanal der Fluidführeinrichtung angeordnet. Somit kann das aus dem Verteilerkanal herausströmende Wärmeaustausch-Fluid nach Durchströmen des Speicherzellenbereichs in den Umlenkkörper eintreten und von dem Umlenkkörper in Richtung eines oder mehrerer Wärmetauschkörper umgelenkt werden.
Es ist außerdem eine erfindungsgemäße Temperiereinrichtung vorteilhaft, bei welcher der zumindest eine Umlenkkörper mehrere Fluidaustrittskanäle aufweist, wobei die Fluidaustrittkanäle jeweils dazu eingerichtet sind, das
Wärmeaustausch-Fluid einem Wärmetauschkörper zuzuleiten. Vorzugsweise weist der zumindest eine Umlenkkörper eine Fluideintrittsöffnung und mehrere Fluidaustrittsöffnungen auf, wobei die Fluidaustrittsöffnungen von den Fluidaustrittskanälen bereitgestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung einen ersten außenliegenden Umlenkkörper und einen zweiten außenliegenden Umlenkkörper auf. Der erste außenliegende Umlenkkörper ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das aus einem ersten Speicherzellenbereich herausströmende Wärmeaustausch-Fluid einem oder mehreren Wärmetauschkörpern zuzuleiten, welche wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Austauschfläche von einer oder mehreren thermoelektrischen Einrichtungen verbunden sind, wobei diese eine oder diese mehreren thermoelektrischen Einrichtungen dazu eingerichtet sind, mit ihrer ersten Wärme- Austauschfläche wärmeleitend mit Speicherzellen innerhalb des ersten Speicherzellenbereichs verbunden zu werden. Der zweite außenliegende Umlenkkörper ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das aus einem zweiten Speicherzellenbereich ausströmende Wärmeaustausch-Fluid einem oder mehreren Wärmeiauschkörpern zuzuleiten, welche wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Ausiauschfläche von einer oder mehreren thermoelektrischen
Einrichtungen verbunden sind, wobei diese eine oder diese mehreren thermoelektrischen Einrichtungen dazu eingerichtet sind, mit ihrer ersten Wärme- Austauschfläche wärmeleitend mit Speicherzellen innerhalb des zweiten Speicherzellenbereichs verbunden zu werden. Vorzugsweise sind der erste Speicherzellenbereich und der zweite Speicherzellenbereich zwischen den beiden außenliegenden Umlenkkörpern angeordnet. Vorzugsweise ist der Verteilerkanal zwischen den beiden außenliegenden Umlenkkörpern angeordnet. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist die Fluidführeinrichtung einen Sammelkanal auf, welcher eine oder mehrere
Fluideinlassöffnungen und eine Fluidauslassöffnung aufweist. Der Sammelkanal ist in Strömungsrichtung hinter dem einen oder den mehreren Wärmetauschkörpern angeordnet und dazu eingerichtet, das Wärmeaustausch- Fluid aus der Temperiereinrichtung herauszuleiten. Vorzugsweise ist der Sammelkanal dazu eingerichtet, mehrere Einzelfluidströmungen wieder zu einer Hauptfluidströmung zusammenzuführen, um diese Hauptfluidströmung aus der Temperiereinrichtung herauszuleiten. Der Sammelkanal der Fluidführeinrichtung ist vorzugsweise als Kunststoffteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil, ausgebildet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung ist die eine oder sind die mehreren Fluideinlassöffnungen zumindest an einer Seitenfläche des Sammelkanals ausgebildet. Vorzugsweise ist der Sammelkanal derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Querrichtung durch die eine oder die mehreren Fluideinlassöffnungen in den Sammelkanal einströmt. Außerdem ist der Sammelkanal vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, dass das Wärmeaustausch-Fluid in Längsrichtung durch den Sammelkanal in Richtung der Fluidauslassöffnung des Sammelkanals strömt.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung weist der Sammelkanal gegenüberliegende Fluideinlassöffnungen auf, über welche das Wärmeaustausch-Fluid aus den Wärmetauschkörpern in den Sammelkariai einleitbar ist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Sammelkanals angeordnet sind. Oer Sammelkanal ist vorzugsweise zwischen zwei Gruppen von Wärmetauschkörpern angeordnet. Die erste Gruppe von Wärmetauschkörpern ist vorzugsweise einer ersten Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen zugeordnet. Die erste Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen ist vorzugsweise einem ersten Speicherzellenbereich zugeordnet. Die zweite
Gruppe von Wärmetauschkörpern ist vorzugsweise einer zweiten Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen zugeordnet. Die zweite Gruppe von thermoelektrischen Einrichtungen ist vorzugsweise einem zweiten Speicherzellenbereich zugeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Temperiereinrichtung weist der eine oder weisen die mehreren
Wärmetauschkörper jeweils eine oder mehrere Wärmetauschrippen, eine oder mehrere Wärmetauschlamellen und/oder einen oder mehrere Wärmetauschstifte auf. Wärmetauschrippen, Wärmetauschlamellen und Wärmetauschstifte vergrößern die Oberfläche, über welche ein Wärmeaustausch mit dem
Wärmeaustausch-Fluid erfolgen kann, sodass der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustausch-Fluid und dem einen oder den mehreren Wärmetauschkörpern gesteigert wird. Der eine oder die mehreren Wärmetauschkörper können aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet sein.
Es ist außerdem eine erfindungsgemäße Temperiereinrichtung vorteilhaft, welche zumindest einen Strömungserzeuger aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, eine Strömung des Wärmeaustausch-Fluids zu erzeugen. Der zumindest eine Strömungserzeuger kann innerhalb des Außengehäuses, an dem Außengehäuse oder entfernt von dem Außengehäuse der Temperiereinrichtung positioniert sein. Der zumindest eine Strömungserzeuger kann als Lüfter oder als Pumpe ausgebildet sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Temperiereinrichtung eine Steuerungseinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtungen und den zumindest einen Strömungserzeuger zu steuern. Die Steuerungseinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, wahlweise einen zeitgleichen oder einen zeitversetzten Betrieb der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen und des zumindest einen Strömungserzeugers zu veranlassen. Somit kann bei einem geringen Temperierbedarf nur eine Kontakttemperierung durch die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtung oder nur eine Konvektionstemperierung über das Wärmeaustausch-Fluid veranlasst werden. Bei einem gesteigerten Temperierbedarf können dann die Kontakttemperierung und die Konvektionstemperierung miteinander kombiniert werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Energiespeichersystem der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Temperiereinrichtung des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems wird auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung verwiesen. Die Speicherzellen des Energiespeichers können elektrochemische Speicherzellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems umfasst der Energiespeicher eine erste Gruppe von Speicherzellen und eine zweite Gruppe von Speicherzellen, wobei die erste Gruppe von Speicherzellen in einem ersten Speicherzellenbereich der Temperiereinrichtung und die zweite Gruppe von Speicherzellen in einem zweiten Speicherzellenbereich der Temperiereinrichtung angeordnet ist. Der erste Speicherzellenbereich und der zweite Speicherzellenbereich sind vorzugsweise voneinander beabstandet angeordnet.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems ist zwischen der ersten Gruppe von Speicherzellen und der zweiten Gruppe von Speicherzellen und/oder zwischen dem ersten Speicherzellenbereich und/oder dem zweiten Speicherzellenbereich ein Verteilerkanal der Fluidführeinrichtung der Temperiereinrichtung angeordnet. Insbesondere ist an einer lateralen Außenseite der ersten Gruppe von Speicherzellen ein erster Umlenkkörper der Fluidführeinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist an einer lateralen Außenseite der zweiten Gruppe von Speicherzellen ein zweiter Umlenkkörper der Fluidführeinrichtung angeordnet.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Fahrzeug der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Energiespeichersystem des erfindungsgemäßen Fahrzeugs nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist oder eine Temperiereinrichtung nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird auf die Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems und auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung verwiesen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Energiespeichersystems in einer schematischen Darstellung; Fig. 2 Speicherzellen eines Energiespeichers eines erfindungsgemäßen
Energiespeichersystems in einer schematischen Darstellung; Fig. 3 Wärmetauschkörper einer erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Energiespeichersystems in einer teilweisen Explosionsdarstellung; Fig. 5 das in der Fig. 4 abgebildete Energiespeichersystem in einer weiteren
Explosionsdarstellung;
Fig. 6 die Strömungswege eines Wärmeaustausch-Fluids durch ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem; und
Fig. 7 einen Verteilerkanai einer erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung in einer perspektivischen Darstellung.
Die Fig. 1 zeigt ein Energiespeichersystem 100, welches beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, einem elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs elektrische Energie bereitzustellen. Das Energiespeichersystem 100 weist einen Energiespeicher 102 auf, welcher mehrere elektrisch leitfähig miteinander verbundene Speicherzellen umfasst. Die Speicherzellen des Energiespeichers 102 sind innerhalb eines Speicherzellenbereichs 12 einer Temperiereinrichtung 10 positioniert. Die Temperiereinrichtung 10 dient zum Temperieren des Energiespeichers 102.
Die Temperiereinrichtung 10 weist eine thermoelektrische Einrichtung 14 auf, welche eine Vielzahl von Peltier-Elementen umfasst. Die thermoelektrische Einrichtung 14 verfügt über eine erste Wärme-Austauschfläche 16 und eine zweite Wärme-Austauschfläche 18. Die erste Wärme-Austauschfläche 16 und die zweite Wärme-Austauschfläche 18 sind auf gegenüberliegenden Seiten der thermoelektrischen Einrichtung 14 angeordnet. Die erste Wärme- Austauschfläche 16 der thermoelektrischen Einrichtung 14 ist über eine Wärmeverteileinrichtung wärmeleitend mit den Speicherzellen des Energiespeichers 102 verbunden. Die zweite Wärme-Austauschfläche 18 der thermoelektrischen Einrichtung 14 ist wärmeleitend mit einem Wärmetauschkörper 20 der Temperiereinrichtung 10 verbunden. Der Wärmetauschkörper 20 weist Wärmetauschrippen auf und ist durchströmbar ausgebildet. Die Temperiereinrichtung 10 weist außerdem eine Fluidführeinrichtung 24 auf, über welche eine von einem Strömungserzeuger erzeugte Strömung eines Wärmeaustausch-Fluids 22 zum Wärmeaustausch zunächst durch den Speicherzellenbereich 12 und anschließend durch den Wärmetauschkörper 20 leitbar ist.
Bei der dargestellten Temperiereinrichtung 10 wird folglich eine Kontakttemperierung des Energiespeichers 102 über die thermoelektrische Einrichtung 14 mit einer Konvektionstemperierung des Energiespeichers 102 durch das Wärmeaustausch-Fluid 22 kombiniert. Die Fig. 2 zeigt zwei Gruppen von Speicherzellen 104a, 104b eines
Energiespeichers 102, welche in zwei beabstandeten Speicherzellenbereichen 12a, 12b einer Temperiereinrichtung 10 angeordnet sind. Die erste Gruppe von Speicherzellen 104a ist in einem ersten Speicherzellenbereich 12a der Temperiereinrichtung 10 angeordnet. Die zweite Gruppe von Speicherzellen 104b ist in einem zweiten Speicherzellenbereich 12b der Temperiereinrichtung
10 angeordnet. Zwischen der ersten Gruppe von Speicherzellen 104a und der zweiten Gruppe von Speicherzellen 104b sowie zwischen dem ersten Speicherzeilenbereich 12a und dem zweiten Speicherzellenbereich 12b ist ein Verteilerkanal 26 der Fluidführeinrichtung 24 der Temperiereinrichtung 10 angeordnet. Das in den Verteilerkanal 26 einströmende Wärmeaustausch-Fluid 22 wird durch gegenüberliegende Fluidauslassöffnung in den Seitenbewandungen des Verteilerkanals 26 in die Speicherzellenbereiche 12a, 12b eingeleitet. Innerhalb der Speicherzellenbereiche 12a, 12b erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen den Speicherzellen 104a, 104b und dem in die Speicherzellenbereiche 12a, 12b eingeleiteten Wärmeaustausch-Fluid 22.
Nach Durchströmen der Speicherzellenbereiche 12a, 12b gelangt das
Wärmeaustausch-Fluid 22 in außenliegende Umlenkkörper 28a, 28b der Temperiereinrichtung 10. Die Umlenkkörper 28a, 28b leiten das aus den Speicherzellenbereichen 12a, 12b herausströmende Wärmeaustausch-Fluid 22 mehreren Wärmetauschkörpern 20a, 20b zu.
Die Fig. 3 zeigt die mehreren Wärmetauschkörper 20a, 20b, welche von dem aus den Umlenkkörpern 28a, 28b herausströmenden Wärmeaustausch-Fluid 22 durchströmt werden. Die Wärmetauschkörper 20a, 20b sind wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Austauschfläche 18 von thermoelektrischen Einrichtungen 14 verbunden. Somit sorgen die Wärmetauschkörper 20a, 20b für einen Wärmeaustausch zwischen der zweiten Wärme-Austauschfläche 18 der thermoelektrischen Einrichtungen 14 und dem Wärmeaustausch-Fluid 22.
In Strömungsrichtung hinter den Wärmetauschkörpern 20a, 20b ist ein Sammelkanal 30 angeordnet, innerhalb welchem sich das Wärmeaustausch- Fluid 22 sammelt, um dieses gesammelt aus der Temperiereinrichtung 10 herausleiten zu können. Die Fig. 4 und die Fig. 5 zeigen ein Energiespeichersystem 100 mit einem Energiespeicher 102, welcher mehrere elektrisch leitfähig miteinander verbundene Speicherzellen 104a, 104b umfasst. Zum Temperieren des
Energiespeichers 102 umfasst das Energiespeichersystem 100 ferner eine Temperiereinrichtung 10. Die Speicherzellen 104a, 104b des Energiespeichers 102 sind in Speicherzellenbereichen 12a, 12b der Temperiereinrichtung 10 angeordnet.
Die Fiuidführeinrichtung 24 der Temperiereinrichtung 10 umfasst einen
Verteilerkanal 26, zwei Umlenkkörper 28a, 28b und einen Sammelkanal 30.
Der Verteilerkanal 26 umfasst eine Fluideinlassöffnung 38 und mehrere Fluidauslassöffnungen 40a, 40b. Das über die Fluideinlassöffnung 38 einströmende Wärmeaustausch-Fluid 22 wird durch den Verteilerkanal 26 auf mehrere Einzelfluidströmungen aufgeteilt. Das Wärmeaustausch-Fluid wird über die Fluidauslassöffnungen 40a, 40b des Verteilerkanals 26 in die
Speicherzellenbereiche 12a, 12b eingeleitet. Die Fluideinlassöffnung 38 ist an der Stirnseite des Verteilerkanals 26 ausgebildet. Die Fluidauslassöffnungen 40a, 40b sind gegenüberliegend angeordnet, sodass das Wärmeaustausch-Fluid in die Speicherzellenbereiche 12a, 12b einleitbar ist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilerkanals 26 angeordnet sind. An der Außenseite der Speicherzellen 104a, 104b sind Abdeckungen 32a, 32b angeordnet, welche verhindern, dass das Wärmeaustausch-Fluid im Bereich der Speicherzellenbereiche 12a, 12b aus dem Energiespeichersystem 100 entweicht. Die Umlenkkörper 28a, 28b sind an den lateralen Außenseiten der Speicherzellenbereiche 12a, 12b angeordnet. Die Umlenkkörper 28a, 28b weisen jeweils mehrere Fluidaustrittskanäle 48a, 48b auf, wobei die Fluidaustrittskanäle 48a, 48b das Wärmeaustausch-Fluid in einen Wärmetauschkörper 20a, 20b einleiten.
Der Umlenkkörper 28a ist dazu eingerichtet, das aus dem Speicherzellenbereich 12a herausströmende Wärmeaustausch-Fluid mehreren Wärmetauschkörpern 20a zuzuleiten. Die Wärmetauschkörper 20a sind wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Austauschfläche 18 von mehreren thermoelektrischen Einrichtungen 14 verbunden. Diese thermoelektrischen Einrichtungen 14 sind mit ihrer ersten Wärrrie-Austauschfläche 16 über eine Wärmeverteileinrichtung wärmeleitend mit den Speicherzellen 104a innerhalb des Speicherzellenbereichs 12a verbunden. Der Umlenkkörper 28b ist dazu eingerichtet, das aus dem Speicherzellenbereich 12b herausströmende Wärmeaustausch-Fluid mehreren Wärmetauschkörpern 20b zuzuleiten. Die Wärmetauschkörper 20b sind wärmeleitend mit der zweiten
Wärme-Austauschfläche 18 von mehreren thermoelektrischen Einrichtungen 14 verbunden. Diese thermoelektrischen Einrichtungen 14 sind mit ihrer ersten Wärme-Austauschfläche 16 über eine Wärmeverteileinrichtung wärmeleitend mit den Speicherzellen 104b innerhalb des Speicherzellenbereichs 12b verbunden. Der Sammelkanal 30 weist mehrere Fluideinlassöffnungen 42a, 42b und eine Fluidauslassöffnung 44 auf. Der Sammelkanal 30 ist in Strömungsrichtung hinter den Wärmetauschkörpern 20a, 20b angeordnet und dazu eingerichtet, das Wärmeaustausch-Fluid aus der Temperiereinrichtung 10 herauszuleiten. Die Fluideinlassöffnungen 42a, 42b sind an gegenüberliegenden Seiten des Sammelkanals 30 ausgebildet. Über die gegenüberliegenden Fluideinlassöffnungen 42a, 42b ist das Wärmeaustausch-Fluid aus den Wärmetauschkörpern 20a, 20b in den Sammelkanal 30 einleitbar.
Die Wärmetauschkörper 20a, 20b weisen jeweils Wärmetauschlamellen auf, wobei die Wärmetauschlamellen von einer Abdeckung 36 umgeben sind. Die Abdeckung 36 ist ein U-förmiger Körper. Zwischen den thermoelektrischen Einrichtungen 14, welche als Peltier-Elemente ausgebildet sind, und den Speicherzellen 104a, 104b sind Wärmeverteileinrichtungen 46 angeordnet, welche vorliegend als Wärmeverteilplatten ausgebildet sind. Die Fig. 6 zeigt, dass das Wärmeaustausch-Fluid 22 zunächst in Längsrichtung durch die Fluideinlassöffnung 38 in den Verteilerkanal 26 einströmt. Durch den Verteilerkanal 26 wird das Wärmeaustausch-Fluid 22 auf mehrere Einzelfluidströmungen 22 aufgeteilt, welche in Querrichtung durch die mehreren Fluidauslassöffnungen 40a, 40b aus dem Verteilerkanal 26 herausströmen. Über die Umlenkkörper 28a, 28b wird das Wärmeaustausch-Fluid 22 zweifach umgelenkt, sodass die Einströmrichtung und die Ausströmrichtung in bzw. aus den Umlenkkörpern 28a, 28b entgegengesetzt verlaufen. Das in die
Umlenkkörper 28a, 28b einströmende Wärmeaustausch-Fluid 22 weist eine nach außen gerichtete Strömungsrichtung auf. Das aus den Umlenkkörpern 28a, 28b ausströmende Wärmeaustausch-Fluid 22 weist eine nach innen gerichtete Strömungsrichtung auf. Somit strömt das Wärmeaustausch-Fluid 22 in Querrichtung in den Sammelkanal 30 ein. Nach einem Zusammenführen der Einzelfluidströmungen 22 innerhalb des Sammelkanals 30 strömt das Wärmeaustausch-Fluid 22 in Längsrichtung durch den Sammelkanal 30 und aus dem Sammelkanal 30 heraus. In den Sammelkanal 30 kann stirnseitig eine weitere Fiuidströmung eingeleitet werden, welche beispielsweise bereits durch eine andere vorgeschaltete Temperiereinrichtung geströmt ist.
Die Fig. 7 zeigt, dass die Fluidauslassöffnungen 40a, 40b des Verteilerkanals 26 unterschiedliche Größen aufweisen können. Gegenüberliegende Fluidauslassöffnungen 40a, 40b sind in diesem Ausführungsbeispiel jedoch gleich groß ausgebildet. Die Größe der Fluidauslassöffnungen 40a, 40b nimmt in Strömungsrichtung des Wärmeaustausch-Fluids 22 ab.
Bezuqszeichen
10 Temperiereinrichtung
12, 12a, 12b Speicherzellenbereiche
14 thermoelektrische Einrichtungen
16 erste Wärme-Austauschfläche 18 zweite Wärme-Austauschfläche
20, 20a, 20b Wärmetauschkörper
22 Wärmeaustausch-Fluid
24 Fluidführeinrichtung
26 Verteilerkanal
28a, 28b Umlenkkörper
30 Sammelkanal
32a, 32b Abdeckungen
36 Abdeckung
38 Fluideinlassöffnung
40a, 40b Fluidauslassöffnungen
42a, 42b Fluideinlassöffnungen
44 Fluidauslassöffnung
46 Wärmeverteileinrichtung
48a, 48b Fluidaustrittskanäle
100 Energiespeichersystem
102 Energiespeicher
104a, 104b Speicherzellen

Claims

Ansprüche
1 . Temperiereinrichtung (10) für einen Energiespeicher (102), mit
mindestens einer thermoelektrischen Einrichtung (14), welche mindestens eine erste und eine zweite Wärme-Austauschfläche (16, 18) aufweist, wobei eine zweite Wärme-Austauschfläche (18) so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung (14) über die zweite Wärme-Austauschfläche (18) mit einem an der thermoelektrischen Einrichtung (14) vorbeigeführten Wärmeaustausch-Fluid (22) in konvektivem Wärmeaustausch steht, dadurch gekennzeichnet, dass
eine erste Wärme-Austauschfläche (16) so angeordnet ist, dass die thermoelektrische Einrichtung (14) über die erste Wärme- Austauschfläche (16) mit dem Energiespeicher in konduktivem Wärmeaustausch steht, und
die zweite Wärme-Austauschfläche (18) außerdem so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des dort vorbeigeführten Wärmeaustausch- Fluids (22) zuvor zusätzlich in konvektivem Wärmeaustausch mit dem Energiespeicher (102) gewesen ist.
2. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein konduktiver Wärmeaustausch direkt durch unmittelbare Berührung der beteiligten Komponenten untereinander oder indirekt unter Zwischenschaltung wärmeleitender Elemente wie Metallschichten oder Wärmeleitpasten ermöglicht sein kann; und/oder ein konvektiver Wärmeaustausch direkt durch unmittelbare Berührung des Wärmeaustausch-Fluids (22) mit den beteiligten Komponenten oder indirekt unter Zwischenschaltung von Wärmetauschern, Kühlblechen, Wärmeverteilplatten,
Oberflächenvergrößerern oder Bauelementen zur Reduktion von thermischen Übergangswiderständen oder Korrosion ermöglicht sein kann.
3. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere thermoelektrische Einrichtungen (14) dazu eingerichtet sind, mit der ersten Wärme- Austauschfläche (16) wärmeleitend mit zumindest einer Speicherzelle (104a, 104b) des Energiespeichers (102) verbunden zu werden;
wobei die Temperiereinrichtung (10) einen oder mehrere
Wärmetauschkörper (20, 20a, 20b) umfasst und die zweite Wärme- Austauschfläche (18) der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen (14) jeweils wärmeleitend mit einem Wärmetauschkörper (20, 20a, 20b) verbunden ist.
4. Temperiereinrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem oder mehreren Speicherzellenbereichen (12, 12a, 12b), welche dazu eingerichtet sind, Speicherzellen (104a, 104b) des Energiespeichers (102) aufzunehmen;
gekennzeichnet durch eine Fluidführeinrichtung (24), welche dazu eingerichtet ist, das Wärmeaustausch-Fluid (22) zum Wärmeaustausch durch einen Speicherzellenbereich (12, 12a, 12b) sowie entlang eines Wärmetauschkörpers (20, 20a, 20b) und/oder durch einen
Wärmetauschkörper (20, 20a, 20b) zu leiten.
5. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidführeinrichtung (24) einen Verteilerkanal (26) aufweist, welcher eine Fluideinlassöffnung (38) und eine oder mehrere Fluidauslassöffnungen (40a, 40b) aufweist, wobei das Wärmeaustausch-Fluid (22) über die eine oder die mehreren
Fluidauslassöffnungen (40a, 40b) in einen Speicherzellenbereich (12, 12a, 12b) einleitbar ist.
6. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassöffnung (38) an einer Stirnseite des Verteilerkanals (26) ausgebildet ist und/oder eine oder mehrere Fluidauslassöffnungen (40a, 40b) an zumindest einer Seitenfläche des Verteilerkanals (26) ausgebildet sind.
7. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkanal (26) gegenüberliegende Fluidauslassöffnungen (40a, 40b) aufweist, über welche das
Wärmeaustausch-Fluid (22) in Speicherzellenbereiche (12, 12a, 12b) einleitbar ist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Verteilerkanals (26) angeordnet sind.
8. Temperiereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidführeinrichtung (24) zumindest einen Umlenkkörper (28a, 28b) aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, das aus einem Speicherzellenbereich (12, 12a, 12b) herausströmende
Wärmeaustausch-Fluid (22) einem oder mehreren Wärmetauschkörpern (20, 20a, 20b) zuzuleiten.
9. Temperiereinrichtung (10) Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Umlenkkörper (28a, 28b) an einer lateralen Außenseite eines Speicherzellenbereichs (12, 12a, 12b) angeordnet ist.
10. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Umlenkkörper (28a, 28b) mehrere Fluidaustrittskanäle (48a, 48b) aufweist, wobei die Fluidaustrittskanäle (48a, 48b) jeweils dazu eingerichtet sind, das Wärmeaustausch-Fluid (22) einem Wärmetauschkörper (20, 20a, 20b) zuzuleiten.
1 1. Temperiereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
gekennzeichnet durch
einen ersten außenliegenden Umlenkkörper (28a), welcher dazu eingerichtet ist, das aus einem ersten Speicherzellenbereich (12a) herausströmende Wärmeaustausch-Fluid (22) einem oder mehreren Wärmetauschkörpern (20a) zuzuleiten, welche wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Austauschfläche (18) von einer oder mehreren thermoelektrischen Einrichtungen (14) verbunden sind, die dazu eingerichtet sind, mit ihrer ersten Wärme-Austauschfläche (16) wärmeleitend mit Speicherzellen (104a) innerhalb des ersten Speicherzellenbereichs (12a) verbunden zu werden, und einen zweiten außenliegenden Umlenkkörper (28b), welcher dazu eingerichtet ist, das aus einem zweiten Speicherzellenbereich (12b) herausströmende Wärmeaustausch-Fluid (22) einem oder mehreren
Wärmetauschkörpern (20b) zuzuleiten, welche wärmeleitend mit der zweiten Wärme-Austauschfläche (18) von einer oder mehreren thermoelektrischen Einrichtungen (14) verbunden sind, die dazu eingerichtet sind, mit ihrer ersten Wärme-Austauschfläche (16) wärmeleitend mit Speicherzellen (104b) innerhalb des zweiten
Speicherzellenbereichs (12b) verbunden zu werden.
12. Temperiereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidführeinrichtung (24) einen Sammelkanal (30) aufweist, welcher eine oder mehrere
Fluideinlassöffnungen (42a, 42b) und eine Fluidauslassöffnung (44) aufweist, wobei der Sammelkanal (30) in Strömungsrichtung hinter dem einen oder den mehreren Wärmetauschkörpern (20, 20a, 20b) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, das Wärmeaustausch-Fluid (22) aus der Temperiereinrichtung (10) herauszuleiten.
13. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Fluideinlassöffnungen (42a, 42b) an zumindest einer Seitenfläche des Sammelkanals (30) ausgebildet sind.
14. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelkanal (30) gegenüberliegende Fluideinlassöffnungen (42a, 42b) aufweist, über welche das Wärmeaustausch-Fluid (22) aus den Wärmetauschkörpern (20, 20a, 20b) in den Sammelkanal (30) einleitbar ist, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Sammelkanals (30) angeordnet sind.
15. Temperiereinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Wärmetauschkörper (20, 20a, 20b) jeweils eine oder mehrere Wärmetauschrippen, eine oder mehrere Wärmetauschlamellen und/oder einen oder mehrere Wärmetauschstifte aufweisen.
16. Temperiereinrichtung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch zumindest einen Strömungserzeuger, welcher dazu eingerichtet ist, eine Strömung des Wärmeaustausch-Fluids (22) zu erzeugen.
17. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 16,
gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die eine oder die mehreren thermoelektrischen Einrichtungen (14) und den zumindest einen Strömungserzeuger zu steuern, wobei die Steuerungseinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet ist, wahlweise einen zeitgleichen oder einen zeitversetzen Betrieb der einen oder der mehreren thermoelektrischen Einrichtungen (14) und des zumindest einen Strömungserzeugers zu veranlassen.
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