阅读说明：本技术 对用于机动车的电能存储器调温的设备和方法 (Device and method for controlling the temperature of an electrical energy store for a motor vehicle ) 是由 A-C.沃伊特 H.沃克马 J-C.阿尔布雷克特 J.韦斯索瑟 B.沙尔 C.瓦克斯穆思 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种对用于机动车(14)的电能存储器(12)调温的设备(10)。所述设备(10)包括具有膨胀式调温剂(22)的调温系统(20),所述膨胀式调温剂(22)在第一位置上能够与所述电能存储器(12)热交换接触。所述膨胀式调温剂(22)在不同于第一位置的第二位置上能够与来自车外调温装置(36)的外部调温流体(34)热交换接触。(The invention relates to a device (10) for controlling the temperature of an electrical energy store (12) for a motor vehicle (14). The apparatus (10) includes a tempering system (20) having an expandable tempering agent (22), the expandable tempering agent (22) being in heat exchanging contact with the electrical energy storage (12) in a first position. The expanded temperature conditioning agent (22) is in heat exchange contact with an external temperature conditioning fluid (34) from an off-board temperature conditioning device (36) in a second location different from the first location.)

对用于机动车的电能存储器调温的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种对用于机动车的电能存储器调温的设备。此外，本发明还涉及一种对用于机动车的电能存储器调温的方法。

背景技术

为了给机动车、尤其陆上机动车供应用于电气式牵引驱动装置的电能，需要给机动车的电能存储器充电。针对充电过程希望耗时尽可能短。虽然随着充电电流的增大耗时降低，但电能存储器的出现的产热却相对于充电电流大约呈平方式地升高。因此，在实践中存在的技术挑战是，将电能存储器的产生的热量尤其从机动车排出。此外，电能存储器具有与温度相关的功率性能，从而在某些状况下、例如在较低的外部温度下需要加热电能存储器。

在此背景下已有一些确保电能存储器的调温(冷却和/或加热)的技术方案。典型地例如设置液体调温或制冷剂调温。在此，直接冷却电能存储器的液态调温剂或制冷剂至少在某些运行状况下自身需要被冷却、尤其主动冷却。已知为此设计的调温系统，这类调温系统从外部将在机动车外部冷却的液态调温剂输入机动车。

例如在文献US 2017/0097073 A1中描述了一种对用于机动车的电能存储器调温的设备，该设备具有换热器，在该换热器中，车外的冷却液与车内的冷却液在不混合的情况下热接触。通过车内的冷却液向车外的冷却液的热传递实现电能存储器充电时的散热。

在文献DE 11 2012 003 115 T5中描述了一种电动车的快速充电的方法和装置。在一种实施方式中可以将具有液态冷却剂的车内的冷却系统选择性地、尤其在充电过程中通过输入通道和输出通道连接在车外的冷却设备上，从而液态冷却剂可以在外部被冷却。备选地描述了待充电的蓄电池借助换向阀交替地用车内的冷却剂和车外的冷却剂直接冷却。

文献DE 10 2016 202 407 A1涉及一种用于为机动车的电能存储器充电的充电站，该充电站有针对性地在预定的位置上或在预定的区域中将冷却介质输入机动车。具体而言，冷却介质指冷却空气，冷却空气在空气侧通过导引装置被导引至机动车的空调系统的蒸发器，其中，电能存储器与空调系统热学地连接。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，有效率地对机动车的电能存储器调温。

所述技术问题按照本发明通过一种对用于机动车的电能存储器调温、尤其可选地冷却和/或加热的设备解决。本发明的有利的扩展设计的特征在说明书中被描述。这些特征能够以技术上有意义的方式相互组合并且能够通过说明书中的解释性事实和/或附图中的细节补充，其中示出本发明的另外的实施方式变型。

按照本发明的对用于机动车的、尤其机动车的和/或机动车中的电能存储器调温(尤其冷却和/或加热)的设备包括具有膨胀式调温剂的调温系统，所述膨胀式调温剂在第一位置上能够与电能存储器热交换接触。所述膨胀式调温剂在不同于第一位置的第二位置上能够与来自车外调温装置的外部调温流体热交换接触。

在第一种设计中，按照本发明的对用于机动车的电能存储器调温的设备包括具有直接调温流体的直接调温系统，所述直接调温流体能够与电能存储器直接地热交换接触，其中，所述膨胀式调温剂在第一位置上能够在调温流体-膨胀式调温剂-换热器中与直接调温流体热交换接触。

在第二种设计中，在按照本发明的对电能存储器调温的设备中，所述膨胀式调温剂在第一位置上能够直接与电能存储器热交换接触。换言之，膨胀式调温剂在电能存储器中或直接在其上与电能存储器交换热量。

在按照本发明的调温设备中，借助膨胀式调温剂直接地或通过直接调温流体间接地对电能存储器调温，所述膨胀式调温剂又借助外部调温流体被调温。直接调温流体和/或外部调温流体优选分别是调温液。直接调温流体和/或外部调温流体可以在化学上相同或彼此不同。膨胀式调温剂优选是膨胀式调温流体，膨胀式调温流体尤其是调温气体或(特别优选是)实现气相和液相之间的转变的潜热调温流体(制冷剂)。例如可以使用R744作为与温度和压力有关地不发生相变的调温气体。针对潜热调温流体作为膨胀式调温剂的实施方式，直接调温流体-膨胀式调温剂-换热器也可以被称为冷凝器，针对具有调温气体的实施方式也可以被称为气体冷却器。

以此方式按照本发明实现对电能存储器的特别有效的直接(间接或直接的)调温、尤其制冷剂调温。与其配合作用地，有利地实现通过调温流体-膨胀式调温剂-换热器、优选调温液-制冷剂-换热器、尤其冷凝器对膨胀式调温流体、尤其制冷剂的高效的外部调温，其中，尤其同时避免外部调温流体与电能存储器的直接接触。

换热器也可以被称为热交换器。调温系统和/或直接调温系统以及电能存储器可以位于机动车中，因此分别是机动车的部件。电能存储器可以尤其是蓄电池、例如锂电池。

在按照本发明的对用于机动车的电能存储器调温的设备的第一种设计的

具体实施方式

中，所述第二位置处于所述调温系统的(另外的)调温流体-膨胀式调温剂-换热器中、尤其位于与实现相对于直接调温流体的热交换接触的直接调温流体-膨胀式调温剂-换热器的第一位置不同的位置上。在此，所述调温系统具有这样的流体连接端，来自车外调温装置的外部调温流体能够通过此流体连接端输入调温系统中，或者所述调温系统具有这样的流体连接端，所述调温系统的膨胀式调温剂能够通过此流体连接端输入车外调温装置中。

换言之，在第一种设计中，按照本发明的第二调温系统可以在按照本发明的设备的第一组具体实施方式中在膨胀式调温剂侧连接在对于外部调温流体的换热器上，或者在第二组具体实施方式中在调温流体侧与外部调温流体的来源(并且因此与外部调温流体池(Senke))可连接。以这两种方式可以提供用于车外的热传递的连接。

在按照本发明的设备的特别优选的实施方式中，所述调温系统包括机动车制冷循环系统，所述机动车制冷循环系统具有压缩机和空气-膨胀式调温剂-换热器。机动车制冷循环系统可以是机动车的空调系统的一部分、尤其具有用于对机动车的内部空间调温的膨胀式调温剂蒸发器。换言之，在特别优选的实施方式中，在机动车中的制冷循环系统的高压侧存在至少两个换热器：空气-膨胀式调温剂-换热器、优选空气-制冷剂-换热器和(另外的)调温流体-膨胀式调温剂-换热器、优选调温液-制冷剂-换热器，(另外的)调温流体-膨胀式调温剂-换热器通过外部调温流体、尤其外部调温液被调温。压缩机也可以被称为压气机。

在这类实施方式中，在充电时，膨胀式调温剂、尤其制冷剂的排热分两级进行：不仅使用用于机动车的正常运行的在空气侧冷却的冷凝器还使用调温流体侧冷却的冷凝器。顺着膨胀式调温剂的流动方向先布置空气-换热器并且后布置另外的调温流体-换热器。

此外，在按照本发明的用于调温的设备的优选实施方式中，所述车辆制冷循环系统具有可控制的风扇，所述风扇配属于空气-膨胀式调温剂-换热器。借助可控制的风扇可以将空气输送至对应的换热器和/或从对应的换热器输出，从而能够实现良好的冷却功率。在实践中，出于能量原因，如果(另外的)调温流体-膨胀式调温剂-换热器的冷却功率够用，则尽可能少地运行风扇是有意义的。只有当冷却功率不够用时，才主动通过空气-膨胀式调温剂-换热器、尤其通过与机动车的正常运行相比升高的风扇转速进行冷却。风扇也可以被称作通风机。

在按照本发明的用于调温的设备中，另外或备选地，所述调温系统能够例如在调温系统中的流动逆转的情况下可切换地作为热泵运行。以此方式可以尤其实现通过热能对电能存储器加热，所述热能从热源借助设备的外部调温流体通过换热器被输送至第二位置。在这种情况下可以使用换热器、冷凝器作为蒸发器。换言之，按照本发明的设备可以具有机动车中的热泵，机动车的热源或冷源通过至少一个液体管道与环境交换。以此方式可以将热泵用于从输入所述设备的第二调温流体汲取热量，以便加热电能存储器。

在有利的扩展设计中，按照本发明的用于调温的设备具有用于电能存储器的温度的调节设备，所述调节设备具有调温系统的多个部件的运行参数的至少一个调节量。有利地可以由此实现根据冷却负载对风扇的符合需要的控制、尤其符合需要的调节。在此，优选出于能量原因，冷却负载的最大份额由(另外的)调温流体-膨胀式调温剂-换热器承担。其余的热负荷通过空气-制冷剂-换热器向空气传递。为此需要符合需要地调节换热器上的风扇。原则上，风扇的能量消耗高于冷却剂泵的能量消耗。

另外或备选地，在按照本发明的设备的扩展设计中，尤其作为压缩机的补充，所述第二调温系统可以具有膨胀式调温剂-泵，所述膨胀式调温剂-泵布置在第二位置的下游并且在第一位置的上游，其中，潜热调温流体被用作膨胀式调温剂。在此，压缩机可以设有旁路。

针对如下情况，即，在第一种设计中(储能器侧的)直接调温流体-膨胀式调温剂-换热器上的膨胀式调温剂侧的温度水平或在第二种设计中直接在电能存储器上的温度水平高于(车外的)第二调温流体-膨胀式调温剂-换热器上的制冷剂侧的温度，膨胀式调温剂、优选制冷剂可以通过泵在没有被明显压缩的情况下被泵送。由此实现比在通过压缩机的压缩运行中明显更高的效率。在此，泵送制冷剂的必要条件是，膨胀式调温剂呈液态。因此，所提到的膨胀式调温剂-泵在该扩展设计中需要布置在(另外的)调温流体-膨胀式调温剂-换热器的下游。以便仅液态的膨胀式调温剂通过泵被输送并且没有气液混合物通过泵被输送。

本发明构思也涉及一种机动车、尤其无轨的陆上机动车、例如轿车或载重汽车。按照本发明的机动车具有电气式牵引驱动装置和所述电气式牵引驱动装置的电能存储器。按照本发明，所述机动车包括具有前述特征或特征组合的对电能存储器调温的设备。所述机动车可以是纯电驱动的、混合驱动、例如与内燃机或燃料电池共同作用的机动车。

本发明构思还涉及一种对用于机动车的电能存储器调温的方法。按照本发明的方法优选在机动车中实施。为此可以提供机动车。在按照本发明的用于调温的方法中，在调温系统中使膨胀式调温剂在第一位置上与所述电能存储器热交换接触。在与第一位置不同的第二位置上，使所述膨胀式调温剂与来自车外调温装置的外部调温流体热交换接触。

在按照本发明的用于调温的方法的具体实施方式中，尤其在电能存储器充电期间和/或在电能存储器充电后借助膨胀式调温剂(直接或间接地通过直接调温流体)冷却电能存储器，和/或借助膨胀式调温剂(直接或间接地通过直接调温流体)加热电能存储器。所述加热可以尤其用于在能量提取前将电能存储器调节至工作温度。在此，加热和/或冷却可以受温度控制或受温度调节地进行。

在按照本发明的方法中，优选的是，使用具有前述特征或特征组合的对电能存储器调温的设备。

如果按照本发明的用于调温的方法在用于调温的设备中实现，其中，所述用于调温的设备具有车辆制冷循环系统作为调温系统的一部分，所述车辆制冷循环系统具有压缩机、空气-膨胀式调温剂-换热器和配属于空气-膨胀式调温剂-换热器的可控制的风扇，则可以将热负荷通过(另外的)调温流体-膨胀式调温剂-换热器排出并且在需要时附加地将其余的热负荷通过空气-膨胀式调温剂-换热器通过风扇的升高的转速排出。

附图说明

根据以下说明结合附图示出并详细阐述本发明以及该技术环境的其它优点。应当指出，本发明不应受所提到的有利的实施例和扩展设计的限制。尤其地，只要未明确地另作说明，也可以提取在附图中阐述的事实的部分方面并且将其与本说明书中的其它构件和认识相结合。在此应当指出，附图和尤其所示尺寸比例仅是示意性的。在附图中详细地：

图1示出按照本发明的对机动车中的电能存储器调温的设备的优选实施方式的示意图，和

图2示出按照本发明的设备的另外的具有热泵的优选实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出按照本发明的对机动车14中的电能存储器12调温的设备10，通过设备10可以实现对电能存储器12的有效冷却。电能存储器12(此处为蓄电池)用作机动车14的电气式牵引驱动装置的能源，机动车14优选是无轨的陆上机动车。用于调温的设备10在该实施例中包括形式为储能器冷却循环系统的直接调温系统16，通过该储能器冷却循环系统使直接调温剂(此处为冷却液)循环(形成直接调温流体流18)。该冷却循环系统除了蓄电池以外还具有对于本发明重要的换热器24。按照本发明，在图1中示出的实施方式具有形式为车辆制冷循环系统的调温系统20。通过该制冷循环系统存在膨胀式调温剂(此处为制冷剂)流22，制冷剂以液-气相变工作，从而在制冷剂中可以吸收和释放潜热。具体而言，因此在该实施例中，直接调温流体-膨胀式调温剂-换热器24是冷却液-制冷剂-换热器，在该冷却液-制冷剂-换热器中，制冷剂从在储能器冷却循环系统中循环的冷却液吸收热量。气态的制冷剂在冷却液-制冷剂-换热器的下游进入压缩机26中。

按照本发明通过两条途径从气态的、被压缩的制冷剂抽走热量：一条途径是，制冷剂在压缩机26的下游进入空气-膨胀式调温剂-换热器28(此处为空气-制冷剂-换热器)中。以此方式可以将热量释放到环境中。另一条途径是，制冷剂继续在下游穿流另外的调温流体-膨胀式调温剂-换热器30、此处为车辆14内的另外的冷却液-制冷剂-换热器。如果车辆14与车外的冷却循环系统连接，则在另外的调温流体-膨胀式调温剂-换热器30中，调温系统20热传递式地与外部调温流体(此处为外部冷却液)流34作用连接。借助换热器从气态的制冷剂抽走如此多的热量，使得气态的制冷剂转变为液相。因此，换热器28、30也被称作冷凝器。

车辆14具备多个流体接口，用于外部调温流体(此处为外部冷却液)流入或流出。在外部调温流体流34中，换言之在外部冷却循环系统中具有在车外、亦即车辆14的外部存在的车外调温装置36、此处为冷却装置。以此按照本发明的方式实现对电能存储器12的有效冷却，方式是将高效的制冷剂冷却与外部的冷却剂冷却有效结合。

车辆冷却循环系统此外在与冷却液-制冷剂-换热器24并联的制冷剂流路中具有蒸发器32，借助该蒸发器32可以冷却机动车的内部空间。

在另外的设计中，在优选的实施方式中也可以实施加热运行：逆转膨胀式调温剂流22的方向(逆着箭头方向的循环)。调温流体-膨胀式调温剂-换热器30作为蒸发器运行并且必要时空气-膨胀式调温剂-换热器28也作为蒸发器运行，并且直接调温流体-膨胀式调温剂-换热器24作为冷凝器运行。在结构上，这通过未画出的开关阀实现，这些开关阀允许压缩机26沿着不同于图示膨胀式调温剂流22的另一方向运行，从而压缩在直接调温流体-膨胀式调温剂-换热器24的上游进行。

在图2中示出按照本发明的机动车14中的具有膨胀式调温剂-泵38的设备10的另外的优选的实施方式。在该实施方式中实现用于加热电能存储器12的有效设备10。就相同的部件设有相同的附图标记而言，该另外的实施方式与参照图1描述的实施方式相同。

电能存储器12(此处为蓄电池)用作机动车14的电气式牵引驱动装置的能源，机动车14优选是无轨的陆上机动车。用于调温的设备10在该实施例中包括形式为储能器热循环系统的直接调温系统16，通过该储能器热循环系统使直接调温剂(此处为加热液)循环(形成直接调温流体流18)。该热循环系统除了蓄电池以外还具有对于本发明重要的换热器24。按照本发明，在图2中示出的实施方式具有形式为车辆制冷循环系统的调温系统20。通过该制冷循环系统存在膨胀式调温剂(此处为制冷剂)流22，制冷剂以液-气相变工作，从而在制冷剂中可以吸收和释放潜热。具体而言，因此在该实施例中，调温流体-膨胀式调温剂-换热器24是加热液-制冷剂-换热器，在该加热液-制冷剂-换热器中，制冷剂将热量传递给在储能器热循环系统中循环的加热液。如果车辆制冷循环系统以此方式运行，则不需要在加热液-制冷剂-换热器的下游压缩(在换热器24中被冷却的)液态制冷剂。因此设置绕过压缩机的旁路40。优选地，没有另外的热量通过车辆制冷循环系统的位于下游的空气-膨胀式调温剂-换热器28(此处为空气-制冷剂-换热器)被从制冷剂抽走。

按照本发明通过另外的调温流体-膨胀式调温剂-换热器30(此处为车辆14内另外的冷却液-制冷剂-换热器)将热量输入液态制冷剂中。制冷剂继续在下游穿流另外的调温流体-膨胀式调温剂-换热器30、此处为车辆14内的另外的冷却液-制冷剂-换热器。如果车辆14与车外的加热循环连接，则在另外的调温流体-膨胀式调温剂-换热器30中，调温系统20热传递式地与外部调温流体(此处为外部加热液)流34作用连接。借助换热器30在液态制冷剂不转变为气相的情况下将热量输入该液态制冷剂中。

车辆14具备多个流体接口，用于外部调温流体(此处为外部加热液)流入或流出。在外部调温流体流34中，换言之在外部加热循环系统中具有在车外、亦即在车辆14的外部存在的车外调温装置36、此处为加热装置。以此按照本发明的方式实现对电能存储器12的有效加热，方式是将高效的制冷剂加热与外部的加热剂加热有效结合。

在另外的冷却液-制冷剂-换热器30的下游存在热泵38，通过该热泵38使液态制冷剂在车辆制冷循环系统中循环。此外，车辆冷却循环系统在与冷却液-制冷剂-换热器24并联的制冷剂流路中具有蒸发器32，借助该蒸发器32可以冷却机动车的内部空间。在加热运行中优选的是，如果不希望对内部空间加热，则截止该并联的制冷剂流路。

在图1和图2中示出的用于冷却和加热的实施方式也可以共同地、结合地实现。以此方式可以尤其将对蓄电池的冷却和加热都实现作为设备10中的调温。在这种情况下使用具有向电能存储器12输热和从电能存储器12排热两种功能的调温流体和膨胀式调温剂。

附图标记列表

10 用于调温的设备

12 电能存储器

14 机动车

16 直接调温系统

18 直接调温流体流

20 调温系统

22 膨胀式调温剂流

24 直接调温流体-膨胀式调温剂-换热器

26 压缩机

28 空气-膨胀式调温剂-换热器

30 另外的调温流体-膨胀式调温剂-换热器

32 蒸发器

34 外部调温流体流

36 车外调温装置

38 膨胀式调温剂-泵

40 绕过压缩机的旁路