AT528021A4 - Battery storage housing for variable thermal insulation of a battery storage system and method therefor - Google Patents
Battery storage housing for variable thermal insulation of a battery storage system and method thereforInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem ein Batteriespeichergehäuse (10) zur variablen thermischen Isolation eines Batteriespeichers (20) mit einem Innengehäuse (11), einer thermischen Isolationsschicht (12) und einem Außengehäuse (13). Erfindungsgemäß ist in der Isolationsschicht (12) wenigstens ein Freiraum (14) ausgebildet, der jeweils mit einer Fläche des Innengehäuses (11) und einer gegenüberliegenden Fläche des Außengehäuses (13) abschnittsweise in Kontakt stehen. Der wenigstens eine Freiraum (14) ist über einen Eingang (E) und einen Ausgang (A) medienführenden verbunden, für einen Medientransfer eines Wärmeaustauschmediums (M) durch den wenigstens einen Freiraum (14). Es werden ferner Systeme und ein Verfahren zur Umsetzung hydraulisch schaltbarer Isolationszustände vorgeschlagen.The present invention relates, inter alia, to a battery storage housing (10) for variable thermal insulation of a battery storage device (20), comprising an inner housing (11), a thermal insulation layer (12), and an outer housing (13). According to the invention, at least one free space (14) is formed in the insulation layer (12), each of which is in partial contact with a surface of the inner housing (11) and an opposite surface of the outer housing (13). The at least one free space (14) is connected to a media-conducting inlet (E) and an outlet (A) for media transfer of a heat exchange medium (M) through the at least one free space (14). Systems and a method for implementing hydraulically switchable insulation states are also proposed.
Description
Batteriespeichers und Verfahren hierzu Battery storage and methods therefor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriespeichergehäuse zur variablen thermischen Isolation eines Batteriespeichers, ein hydraulisches Isolationssystem zur hydraulisch schaltbaren thermischen Isolation eines Batteriespeichers durch das Batteriespeichergehäuse, ein Temperierungssystem für einen Batteriespeicher mit einer hydraulisch schaltbaren thermischen Isolation durch das Batteriespeichergehäuse, sowie ein Verfahren zur Änderung einer variablen thermischen Isolation eines Batteriespeichers unter Verwendung des The present invention relates to a battery storage housing for variable thermal insulation of a battery storage, a hydraulic insulation system for hydraulically switchable thermal insulation of a battery storage through the battery storage housing, a temperature control system for a battery storage with hydraulically switchable thermal insulation through the battery storage housing, and a method for changing a variable thermal insulation of a battery storage using the
Batteriespeichergehäuses. Battery storage enclosure.
Im Stand der Technik sind Konzepte für eine Kombination aus einer externen thermischen Isolation und einer internen thermischen Konditionierung von Batteriespeichern mit mehreren Batteriezellen oder Batteriemodulen durch eine Flüssigkeitskühlung bekannt, insbesondere aus dem Bereich der Elektromobilität. Der Vorteil einer Flüssigkeitskühlung (oft Wasser-Glykol Gemisch) im Vergleich zu einer Kühlung mittels Gasströmung ergibt sich, da das Produkt aus Massenstrom mit spezifischer Wärmekapazität vorteilhafte hohe Werte bei gängigen Durchströmungen aufweist und zudem die Baugröße in der Batterie minimiert werden kann. Ferner lässt sich die Wärmeabfuhr durch Regelung des zirkulierenden Massestroms an Temperaturschwankungen durch eine schwankende Leistungsdynamik in In the state of the art, concepts for a combination of external thermal insulation and internal thermal conditioning of battery storage systems with multiple battery cells or battery modules using liquid cooling are known, particularly in the field of electromobility. The advantage of liquid cooling (often a water-glycol mixture) compared to cooling by gas flow arises because the product of mass flow with specific heat capacity has advantageously high values for common flow rates and, in addition, the size of the battery can be minimized. Furthermore, heat dissipation can be adapted to temperature fluctuations caused by fluctuating power dynamics in
verschiedenen Betriebszuständen leicht anpassen. easily adapt to different operating conditions.
So sind verschiedene Aufbauten von Batteriespeichern mit flüssigkeitsführenden Kanälen bekannt, die einen indirekten Kontakt zwischen dem Medium und den Batteriezellen über einen oder mehreren Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit für einen Wärmeübergang bereitstellen. Zum anderen sind Aufbauten mit einer Immersionskühlung bekannt, die in einem geschlossenen Reservoir oder einem an eine Zirkulation angeschlossenen Tauchbad einen direkten Kontakt zwischen dem Various battery storage systems with liquid-conducting channels are known, which provide indirect contact between the medium and the battery cells via one or more materials with high thermal conductivity for heat transfer. On the other hand, systems with immersion cooling are known, which provide direct contact between the medium and the battery cells in a closed reservoir or an immersion bath connected to a circulation system.
Medium und den damit umspülten Batteriezellen herstellen. medium and the battery cells surrounded by it.
Zudem ist der Einsatz einer thermischen Isolationsschicht an einer Außenseite des Batteriespeichers bekannt, die eine Innenseite und eine Außenseite desselben durch In addition, the use of a thermal insulation layer on an outside of the battery storage is known, which separates an inside and an outside of the same by
eine geringe Wärmeleitfähigkeit passiv entkoppelt. Gerade in einem low thermal conductivity passively decouples. Especially in a
beeinträchtigt werden kann. may be impaired.
In anderen Betriebssituationen hingegen, kann eine thermische Isolation des Batteriespeichers zur Unterbindung eines Wärmeaustauschs zwischen einem Batteriespeichergehäuse und der Umgebung wiederum nachteilhaft sein. Dies gilt zum einen nachteilig in Bezug auf einen höheren Bedarf an einer Kühlleistung, für die eine größere Leistungskapazität eines Temperierungssystems erforderlich ist. Zum anderen gilt dies auch nachteilig in Bezug auf eine Energieeffizienz des Temperierungssystems in verschiedenen temperaturabhängigen Betriebssituationen, was im Anwendungsfall eines Elektrofahrzeugs eine Verkürzung der Reichweite In other operating situations, however, thermal insulation of the battery storage system to prevent heat exchange between the battery storage housing and the environment can be disadvantageous. This is disadvantageous, on the one hand, in terms of a higher demand for cooling power, which requires a greater power capacity of a temperature control system. On the other hand, it is also disadvantageous with regard to the energy efficiency of the temperature control system in various temperature-dependent operating situations, which, in the case of an electric vehicle, can lead to a reduction in the range.
bedeutet. means.
Somit gilt es bislang nach Erwägungen des Zielsystems und Anwendungsfalles des Batteriespeichers, insbesondere bei mobilen Anwendungen stets eine Entscheidung für oder gegen einen Einsatz einer äußeren, thermischen Isolationsschicht an einem Batteriespeicher zu treffen, oder die thermische Isolationsschicht entsprechend zu dimensionieren. Denn bislang sind kaum dezidierte Mittel oder Strukturen bekannt, die eine variable oder selektive Isolation in einem äußeren Bereich eines Thus, depending on the target system and application of the battery storage system, especially in mobile applications, it is always necessary to decide whether or not to use an external thermal insulation layer on a battery storage system, or to dimension the thermal insulation layer accordingly. To date, there are hardly any dedicated means or structures known that enable variable or selective insulation in an external area of a
Batteriespeichers zulassen. Allow battery storage.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den genannten Nachteil aus dem Stand der Technik zumindest teilweise zu beheben. Ebenso besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Technik zu schaffen, die eine variable thermische Isolationseigenschaft eines Batteriespeichers ermöglicht, oder eine Herstellung It is an object of the invention to at least partially remedy the aforementioned disadvantage of the prior art. It is also an object of the invention to create a technology that enables a variable thermal insulation property of a battery storage device, or to manufacture
schaltbarer thermischer Isolationszustände unterstützt. switchable thermal insulation states are supported.
Die voranstehenden Aufgaben werden gelöst durch ein Batteriespeichergehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein dementsprechendes hydraulisches Isolationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 oder ein dementsprechendes Temperierungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und, unter dementsprechender Verwendung, ein Verfahren zur Änderung einer variablen thermischen Isolation eines Batteriespeichers mit den Schritten des Anspruchs 16. The above objects are achieved by a battery storage housing having the features of claim 1, a corresponding hydraulic insulation system having the features of claim 5 or a corresponding temperature control system having the features of claim 10 and, with corresponding use, a method for changing a variable thermal insulation of a battery storage device having the steps of claim 16.
der Beschreibung und den Zeichnungen. the description and drawings.
Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriespeichergehäuse beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem hydraulischen Isolationssystem oder dem Temperierungssystem und diese wiederum auch im Zusammenhang mit dem Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den In this case, features and details that are described in connection with the battery storage housing according to the invention naturally also apply in connection with the hydraulic insulation system or the temperature control system and these in turn also apply in connection with the method and vice versa, so that with regard to the disclosure to the
einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann. individual aspects of the invention can always be referred to mutually.
Das erfindungsgemäße Batteriespeichergehäuse dient zur variablen thermischen Isolation eines Batteriespeichers und umfasst ein Innengehäuse, das eine Mehrzahl von Batteriezellenumschließt; und eine thermische Isolationsschicht, die das Innengehäuse zumindest abschnittsweise umschließt. Erfindungsgemäß umschließt ein Außengehäuse das Innengehäuse und die Isolationsschicht, wobei das Innengehäuse und das Außengehäuse jeweils aus einem thermisch leitfähigen Material gefertigt sind. In der Isolationsschicht ist wenigstens ein Freiraum ausgebildet, und der wenigstens eine Freiraum steht mit einer Fläche des Innengehäuses und einer gegenüberliegenden Fläche des Außengehäuses abschnittsweise in Kontakt. Zudem ist der wenigstens eine Freiraum mit einem Eingang und mit einem Ausgang zu einer Außenseite des Batteriespeichergehäuses medienführend verbunden, und der wenigstens eine Freiraum ist mittels des Eingangs und des Ausgangs mit einem Wärmeaustauschmedium befüllbar und The battery storage housing according to the invention serves for the variable thermal insulation of a battery storage device and comprises an inner housing enclosing a plurality of battery cells; and a thermal insulation layer that at least partially encloses the inner housing. According to the invention, an outer housing encloses the inner housing and the insulation layer, wherein the inner housing and the outer housing are each made of a thermally conductive material. At least one free space is formed in the insulation layer, and the at least one free space is in partial contact with a surface of the inner housing and an opposite surface of the outer housing. In addition, the at least one free space is connected to an inlet and an outlet to an outside of the battery storage housing in a media-conducting manner, and the at least one free space can be filled with a heat exchange medium by means of the inlet and the outlet.
entleerbar ausgestaltet. designed to be emptied.
Darauf aufbauend dient das hydraulische Isolationssystem zur hydraulisch schaltbaren thermischen Isolation des Batteriespeichers. Hierzu umfasst das hydraulische Isolationssystem zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Batteriespeichergehäuse eine Hydraulikschaltung zum Medientransfer eines Wärmeaustauschmediums zu und aus dem Batteriespeichergehäuse, für eine hydraulische Erzeugung von Isolationszuständen. Die Hydraulikschaltung umfasst medienführenden Leitungen, die mit dem Eingang und dem Ausgang des wenigstens einen Transferkanals und/oder des wenigsten einen Freiraums in dem Batteriespeichergehäuse kommunizierend verbunden sind; einen Ausgleichsbehälter zur Speicherung eines Volumens des Wärmeaustauschmediums; eine Pumpe zur Förderung des Wärmeaustauschmediums zwischen dem Ausgleichsbehälter und Building on this, the hydraulic insulation system serves for hydraulically switchable thermal insulation of the battery storage system. For this purpose, the hydraulic insulation system comprises, in addition to the battery storage housing according to the invention, a hydraulic circuit for transferring a heat exchange medium to and from the battery storage housing, for hydraulically generating insulation states. The hydraulic circuit comprises media-carrying lines that are communicatively connected to the inlet and outlet of the at least one transfer channel and/or the at least one free space in the battery storage housing; an expansion tank for storing a volume of the heat exchange medium; a pump for conveying the heat exchange medium between the expansion tank and
Alternativ dient darauf aufbauend ein Temperierungssystem für den Batteriespeicher zur hydraulisch schaltbaren thermischen Isolation des Batteriespeichers. Hierzu umfasst das Temperierungssystem zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Batteriespeichergehäuse einen Temperierungskreislauf, zur Temperierung von Batteriezellen durch eine Zirkulation eines Wärmeaustauschmediums, und eine Hydraulikschaltung zum Medientransfer des Wärmeaustauschmediums zu und aus dem Transferkanal und/oder dem wenigsten einen Freiraum in dem Batteriespeichergehäuse, für eine hydraulische Erzeugung von Isolationszuständen. Der Temperierungskreislauf umfasst medienführenden Leitungen, die mit einem Eingang und einem Ausgang des wenigstens einen Temperierungskanals in dem Batteriespeichergehäuse kommunizierend verbunden sind; wenigstens einen Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustauschmedium und einer Atmosphäre einer Systemumgebung; und eine Temperierungspumpe zur Zirkulation des Wärmeaustauschmediums in dem Temperierungskreislauf. Die Hydraulikschaltung umfasst medienführenden Leitungen, die mit dem Eingang und dem Ausgang des wenigstens einen Transferkanals und/oder des wenigsten einen Freiraums in dem Batteriespeichergehäuse kommunizierend verbunden sind; einen Ausgleichsbehälter zur Speicherung eines Volumens des Wärmeaustauschmediums; und wenigstens ein Ventil, das zwischen dem Batteriespeichergehäuse und dem Ausgleichsbehälter und/oder zwischen dem Batteriespeichergehäuse und der Temperierungspumpe angeordnet ist, zum Schalten zwischen Medientransfers des Wärmeaustauschmediums zur Befüllung, Entleerung und/oder Durchströmung des wenigstens einen Freiraums in dem Batteriespeichergehäuse. Der Temperierungskreislauf und die Hydraulikschaltung sind kommunizierend Alternatively, a temperature control system for the battery storage unit serves to provide hydraulically switchable thermal insulation for the battery storage unit. For this purpose, the temperature control system comprises, in addition to the battery storage unit housing according to the invention, a temperature control circuit for temperature control of battery cells by circulating a heat exchange medium, and a hydraulic circuit for transferring the heat exchange medium to and from the transfer channel and/or the at least one free space in the battery storage unit housing, for hydraulically generating insulation states. The temperature control circuit comprises media-carrying lines that are communicatively connected to an inlet and an outlet of the at least one temperature control channel in the battery storage unit housing; at least one heat exchanger for heat exchange between the heat exchange medium and an atmosphere of a system environment; and a temperature control pump for circulating the heat exchange medium in the temperature control circuit. The hydraulic circuit comprises media-carrying lines that are communicatively connected to the inlet and outlet of the at least one transfer channel and/or the at least one free space in the battery storage unit housing. an expansion tank for storing a volume of the heat exchange medium; and at least one valve arranged between the battery storage housing and the expansion tank and/or between the battery storage housing and the temperature control pump, for switching between media transfers of the heat exchange medium for filling, emptying, and/or flowing through the at least one free space in the battery storage housing. The temperature control circuit and the hydraulic circuit are communicating.
miteinander verbunden. connected to each other.
Gleichermaßen dient ein Verfahren zur Änderung einer variablen thermischen Similarly, a method for changing a variable thermal
Isolation eines Batteriespeichers unter Verwendung des erfindungsgemäßen Isolation of a battery storage using the inventive
Batteriespeichergehäuses. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Battery storage enclosure. The method comprises at least the following steps:
- Befüllen oder Durchströmen des wenigstens einen Freiraums in dem Batteriespeichergehäuse mit einem Wärmeaustauschmedium über den Eingang oder über den Eingang und den Ausgang mittels einer Hydraulikschaltung, zur Herstellung eines thermischen Isolationszustands mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Batteriespeichergehäuses, und - filling or flowing through the at least one free space in the battery storage housing with a heat exchange medium via the inlet or via the inlet and the outlet by means of a hydraulic circuit, in order to produce a thermal insulation state with a higher thermal conductivity between an inside and an outside of the battery storage housing, and
- Entleeren des Wärmeaustauschmediums aus dem wenigstens einen Freiraum in dem Batteriespeichergehäuse über den Ausgang mittels der Hydraulikschaltung, zur Herstellung eines thermischen Isolationszustands mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Batteriespeichergehäuses. - Emptying the heat exchange medium from the at least one free space in the battery storage housing via the outlet by means of the hydraulic circuit, in order to produce a thermal insulation state with a lower thermal conductivity between an inside and an outside of the battery storage housing.
Nach Definition der vorliegenden Offenbarung umfasst der Begriff Batteriespeicher insbesondere modular aufgebaute Batteriespeicher wie eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, die mehrere Batteriemodule mit Batteriezellen aufweist. Der Begriff Batteriespeicher umfasst jedoch auch Batteriespeicher die Batteriezellen ohne eine modulare Zwischenstruktur enthalten, oder auch Batteriespeicher, die selbst ein According to the definition of the present disclosure, the term battery storage includes, in particular, modularly constructed battery storage systems, such as a traction battery for a vehicle, which has several battery modules with battery cells. However, the term battery storage also includes battery storage systems that contain battery cells without a modular intermediate structure, or battery storage systems that themselves are a
Batteriemodul in einem modularen Batteriespeicher bilden. Battery module in a modular battery storage system.
Die Erfindung sieht erstmals einen flüssig befüllbaren Aufbau mit einem Freiraum oder mehreren verbundenen kammerartigen Freiräumen in einem isolierten Gehäusemantel für eine beeinflussbare, lokale Isolationseigenschaft an einem Batteriespeicher gegen äußere thermische Einflüsse vor. The invention provides for the first time a liquid-fillable structure with one free space or several connected chamber-like free spaces in an insulated housing shell for an influenceable, local insulation property on a battery storage device against external thermal influences.
Als ein großer Vorteil der Erfindung, ist im Vergleich zu einer permanent konstanten thermischen Isolationseigenschaft wie beispielsweise bei einer kontinuierlichen Hartschaumschicht, dass eine variable Isolation zeitweise herstellbar ist. Diese ermöglicht wiederum in Kombination mit einer darauf aufbauenden Technik, eine Selektion von Isolationszuständen, die vorzugsweise situationsbezogen steuerbar A major advantage of the invention, compared to a permanently constant thermal insulation property, such as in a continuous rigid foam layer, is that variable insulation can be produced temporarily. This, in turn, in combination with a technology based on it, enables a selection of insulation states that can preferably be controlled depending on the situation.
sind. are.
Diese Eigenschaft wird in der technischen Umsetzung dadurch erzielt, dass eine This property is achieved in the technical implementation by
Isolationsschicht in einem Mantelabschnitt des Batteriespeichergehäuses Insulation layer in a casing section of the battery storage housing
abschnittsweise durch eine Wärmeleitfähigkeit eines flüssigen in sections by a thermal conductivity of a liquid
Wärmeaustauschmediums lokal überbrückt wird. Wenn das heat exchange medium is bridged locally. If the
Wärmeaustauschmedium wieder entfernt wird, wirkt ein entleertes Volumen, also ein When the heat exchange medium is removed again, an emptied volume, i.e. a
ersatzweises Gasvolumen aus Luft an derselben Stelle thermisch isolierend. substitute gas volume from air at the same place thermally insulating.
Vorteilhafterweise verschafft die Erfindung also einen variable Wärmeübergang zwischen den Batteriezellen und der Umgebung, der basierend auf einer Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen kammerartigen Aufbaus in dem Batteriespeichergehäuse beeinflussbar ist, wobei die Wärmeleitfähigkeit über einen Befüllungszustand von Freiräumen einstellbar ist. Advantageously, the invention thus provides a variable heat transfer between the battery cells and the environment, which can be influenced based on a thermal conductivity of the chamber-like structure according to the invention in the battery storage housing, wherein the thermal conductivity can be adjusted via a filling state of free spaces.
Als ein weiterer Vorteil sind ein lokaler Schwerpunkt, d.h. eine Begrenzung oder Verlauf, sowie eine gesamte Dimensionierung, d.h. eine maximale Wärmeaustauschleistung, des beschriebenen variablen Wärmeübergangs durch das Batteriespeichergehäuse hindurch je nach einer gewählten Anordnung und Flächenerstreckung des erfindungsgemäßen kammerartigen Aufbaus in einem Gehäusemantel wählbar. So sind diese Eigenschaften entweder über das Gehäusedesign vorgebbar oder aber auch technisch darauf aufbauend, noch während des Betriebs durch eine flächenbezogene, gezielte Befüllung von Freiräumen mittels weiterführender hydraulischer Mittel wie Kanäle und Aktorik einstellbar sein. A further advantage is that a local center of gravity, i.e., a boundary or course, as well as the overall dimensioning, i.e., a maximum heat exchange capacity, of the described variable heat transfer through the battery storage housing can be selected depending on the selected arrangement and surface area of the chamber-like structure according to the invention in a housing shell. These properties can be specified either via the housing design or, based on this, can be adjusted technically during operation through area-specific, targeted filling of free spaces using additional hydraulic means such as channels and actuators.
Globaler betrachtet, kann ein flächennormierter Maximalwert der Wärmeleitfähigkeit über eine Anzahl und Größe der befüllbaren Freiräume in der Isolationsschicht, also eine flächenbezogene Dichte einer solchen Kammerstruktur, ausgelegt werden. Diese Eigenschaft besteht bemerkenswerterweise trotz des Vorhandenseins einer Isolationsschicht, die für eine effektive Isolation sorgt, und deren Isolationseigenschaft durch die genannte Kammerstruktur, aufgrund des ebenfalls isolierenden Effektes von Luftpolstern in dem unbefüllten Zustand der Freiräume, Viewed more globally, an area-normalized maximum value of thermal conductivity can be defined based on the number and size of the fillable spaces in the insulation layer, i.e., the area-related density of such a chamber structure. This property, remarkably, exists despite the presence of an insulation layer that provides effective insulation, and whose insulating properties are maintained by the aforementioned chamber structure, due to the insulating effect of air cushions in the unfilled state of the spaces.
kaum beeinträchtig wird. is hardly affected.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in der Isolationsschicht eine Mehrzahl von kammerartigen Freiräumen ausgebildet sein, und die kammerartigen Freiräume können jeweils mit einer Fläche des Innengehäuses und einer gegenüberliegenden Fläche des Außengehäuses abschnittsweise in Kontakt stehen. Dabei sind die Freiräume durch wenigstens einen medienführenden Transferkanal verbunden, für einen Medientransfer des Wärmeaustauschmediums durch die Freiräume, und der According to one aspect of the invention, a plurality of chamber-like free spaces can be formed in the insulation layer, and the chamber-like free spaces can each be in partial contact with a surface of the inner housing and an opposite surface of the outer housing. The free spaces are connected by at least one media-carrying transfer channel for a media transfer of the heat exchange medium through the free spaces, and the
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Massenträgheit des Flüssigkeitsvolumens entgegenwirken. Counteract the inertia of the liquid volume.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann sich die Mehrzahl von Freiräumen in der Isolationsschicht über wenigstens zwei verschieden ausgerichtete Flächenabschnitte des Innengehäuses und/oder des Außengehäuses erstrecken. Somit kann in einem Zustand, in dem der schaltbare Isolationszustand deaktiviert ist, ein aktive Fläche für den Wärmeübergang zwischen den Batteriezellen und der Umgebung vergrößert oder maximiert werden. According to one aspect of the invention, the plurality of free spaces in the insulation layer can extend over at least two differently oriented surface sections of the inner housing and/or the outer housing. Thus, in a state in which the switchable insulation state is deactivated, an active area for heat transfer between the battery cells and the environment can be enlarged or maximized.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann wenigstens ein medienführender Temperierungskanal durch das Innengehäuse führen und vorzugsweise in einem thermischen Kontakt mit den Batteriezellen stehen, für eine Zirkulation des Wärmeaustauschmediums zur Temperierung der Batteriezellen. In diesem Zusammenhang kann ein Temperierungsmedium zugleich als das Wärmeaustauschmedium in den Freiräumen genutzt werden. Darüber hinaus ist eine Kombination mit einem separaten, herkömmlichen Temperierungssystem ebenfalls denkbar. According to one aspect of the invention, at least one media-carrying temperature control channel can run through the inner housing and preferably be in thermal contact with the battery cells, allowing circulation of the heat exchange medium to control the temperature of the battery cells. In this context, a temperature control medium can also be used as the heat exchange medium in the free spaces. Furthermore, a combination with a separate, conventional temperature control system is also conceivable.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Leitungen der Hydraulikschaltung den Transferkanal und/oder den wenigsten einen Freiraum in dem Batteriespeichergehäuse, den Ausgleichsbehälter und die Pumpe zu einem Kreislauf verbinden, für einen zirkulierenden Medientransfer in der Hydraulikschaltung. Somit wird eine hydraulische Variante für einen unidirektionalen Transfer des Wärmeaustauschmediums durch die Freiräume von einem Eingangsanschluss zu According to one aspect of the invention, the lines of the hydraulic circuit can connect the transfer channel and/or the at least one free space in the battery storage housing, the expansion tank, and the pump to form a circuit for a circulating media transfer in the hydraulic circuit. Thus, a hydraulic variant for a unidirectional transfer of the heat exchange medium through the free spaces from an input connection to
Hydraulikschaltung geschaffen. Hydraulic circuit created.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Leitungen der Hydraulikschaltung den Transferkanal und/oder den wenigsten einen Freiraum in dem Batteriespeichergehäuse und den Ausgleichsbehälter jeweils zu einer Seite der Pumpe in einer Strecke verbinden, für einen bidirektionalen Medientransfer in der Hydraulikschaltung. Somit wird eine alternative, später nicht weiter im Einzelnen diskutierte, hydraulische Variante ermöglicht, in der ein bidirektionaler Transfer des Wärmeaustauschmediums durch die Freiräume über einen gemeinsamen Eingangs/Ausgangsanschluss des Transferkanals in Verbindung mit der Hydraulikschaltung According to one aspect of the invention, the lines of the hydraulic circuit can connect the transfer channel and/or the at least one free space in the battery storage housing and the expansion tank to one side of the pump in a single path, for a bidirectional media transfer in the hydraulic circuit. This enables an alternative hydraulic variant, not discussed in detail below, in which a bidirectional transfer of the heat exchange medium through the free spaces via a common inlet/outlet connection of the transfer channel in connection with the hydraulic circuit
erfolgt. Hierzu sind weitere Mittel zur Be- und Entlüftung der Freiräume erforderlich. This requires additional means of ventilation and de-aeration of the open spaces.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Ventil wenigstens ein schaltbares Ventil zur Selektion zwischen hydraulischen Zuständen der thermischen Isolation umfassen, das mit dem Transferkanal und/oder dem wenigsten einen Freiraum in dem Batteriespeichergehäuse kommunizierend verbunden ist, wobei eine SchlieRposition des wenigstens einen schaltbaren Ventils ein Füllungsvolumen des Wärmeaustauschmediums in dem wenigstens einen Freiraum absperrt, und eine Öffnungsposition des wenigstens einen schaltbaren Ventils eine Entleerung des Wärmeaustauschmediums aus dem wenigstens einen Freiraum freigibt. Somit werden Mittel zur schaltungstechnische Unterstützung bei der Einleitung und Aufrechterhaltung von hydraulischen Vorgängen bei der Herstellung thermischer According to one aspect of the invention, the at least one valve can comprise at least one switchable valve for selecting between hydraulic states of the thermal insulation, which is communicatively connected to the transfer channel and/or the at least one free space in the battery storage housing, wherein a closed position of the at least one switchable valve blocks a filling volume of the heat exchange medium in the at least one free space, and an open position of the at least one switchable valve allows the heat exchange medium to be drained from the at least one free space. Thus, means for circuitry support in initiating and maintaining hydraulic processes in the production of thermal
Isolationszustände in dem Batteriespeichergehäuse bereitgestellt. Insulation conditions provided in the battery storage enclosure.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Ventil wenigstens ein Rückschlagventil umfassen, wobei eine Öffnungsrichtung desselben eine Richtungsvorgabe in einem Medientransfer des Wärmeaustauschmediums und/oder eine Sperrrichtung einer Aufrechterhaltung eines Rückstaus des Wärmeaustauschmediums bewirkt. Somit werden weitere Mittel zur schaltungstechnischen Unterstützung bei der Einleitung und Aufrechterhaltung von hydraulischen Vorgängen bei der Herstellung thermischer Isolationszustände in dem According to one aspect of the invention, the at least one valve may comprise at least one check valve, wherein an opening direction of the check valve provides a direction specification in a media transfer of the heat exchange medium and/or a blocking direction of maintaining a back pressure of the heat exchange medium. Thus, further means for circuitry support in the initiation and maintenance of hydraulic processes in the production of thermal insulation conditions in the
Batteriespeichergehäuse bereitgestellt. Battery storage enclosure provided.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die in dem Temperierungssystem integrierte Hydraulikschaltung zusätzlich eine eigene Pumpe zur unabhängigen Förderung des Wärmeaustauschmediums zwischen dem Ausgleichsbehälter und According to one aspect of the invention, the hydraulic circuit integrated in the temperature control system can additionally have its own pump for the independent conveyance of the heat exchange medium between the expansion tank and
unabhängig von einem Betrieb des Temperierungssystems realisiert werden. can be realized independently of the operation of the temperature control system.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine in dem Temperierungskreislauf angeordnete Heizvorrichtung zur elektrischen Beheizung des Wärmeaustauschmediums vorgesehen sein. Somit kann insbesondere zu Beginn eines Betriebs sowie bei niedrigen Außentemperaturen aktiv zugeheizt werden und According to one aspect of the invention, a heating device arranged in the temperature control circuit can be provided for electrically heating the heat exchange medium. This allows active heating, particularly at the start of operation and at low outside temperatures, and
eine Zielwerttemperatur schneller erreicht werden. a target temperature can be reached more quickly.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine in dem Temperierungskreislauf angeordnete Kältemaschine zur thermodynamischen Kühlung des Wärmeaustauschmediums vorgesehen sein. Somit kann bei hoher Leistung und hoher Außentemperatur aktiv gekühlt werden, um eine Zielwerttemperatur schneller According to one aspect of the invention, a refrigeration machine arranged in the temperature control circuit can be provided for thermodynamic cooling of the heat exchange medium. Thus, at high power and high outside temperatures, active cooling can be achieved in order to reach a target temperature more quickly.
oder überhaupt zu erreichen. or even reach it at all.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein an einer Außenseite des Batteriespeichers oder in einer Systemumgebung angeordneter Temperatursensor zur Erfassung einer Außentemperatur vorgesehen sein. Somit wird eine Steuerung According to one aspect of the invention, a temperature sensor arranged on an outside of the battery storage system or in a system environment can be provided for detecting an outside temperature. Thus, a control
für die Isolationszustände durch im System erzeugte Messwerte unterstützt. for the insulation states supported by measured values generated in the system.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein in dem Batteriespeicher angeordneter Temperatursensor zur Erfassung einer Batterietemperatur vorgesehen sein. Auch dieser Sensor unterstützt durch im System erzeugte Messwerte eine Steuerung für According to one aspect of the invention, a temperature sensor arranged in the battery storage unit can be provided for detecting a battery temperature. This sensor also supports a control for
die Isolationszustände. the isolation states.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale und Ausführungsformen jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination Further advantages, features, and details of the invention will become apparent from the following description, in which exemplary embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. The features and embodiments mentioned in the claims and in the description may be used individually or in any combination.
erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch: be essential to the invention. They show schematically:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Abschnittes eines Batteriespeichergehäuses mit hydraulisch variabler Isolation durch einen kammerartigen Aufbau in Fig. 1 is a sectional view of a section of a battery storage housing with hydraulically variable insulation through a chamber-like structure in
einem Gehäusemantel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; a housing shell according to an embodiment of the invention;
integrierten Hydraulikschaltung für das Batteriespeichergehäuse, und integrated hydraulic circuit for the battery storage housing, and
Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Kombination aus einem Temperierungssystem und einem funktional unabhängigen hydraulischen Isolationssystem mit einer Fig. 3 is a block diagram of an embodiment of the invention with a combination of a temperature control system and a functionally independent hydraulic isolation system with a
Hydraulikschaltung für das Batteriespeichergehäuse. Hydraulic circuit for the battery storage housing.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Gehäusemantel eines mehrteiligen Batteriespeichergehäuses 10 eines Batteriespeichers 20, das aus einem Innengehäuse 11, einem Außengehäuse 13 und einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht 12, welche zur thermischen Entkoppelung zwischen einer Innenseite und einer Außenseite des Batteriespeichergehäuses 10 dient, besteht. Das äußere Gehäuse 13 umschließt im Wesentlichen vollständig die Isolationsschicht 12 und das Innengehäuse 11, wobei die Isolationsschicht 12 zumindest abschnittsweise das Innengehäuse 11 umschließt. Das Innengehäuse 11 und das Außengehäuse 13 sind aus einem Werkstoff mit gehobener Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise einem metallischen oder keramischen Werkstoff oder einem Verbundwerkstoff gefertigt. Die Isolationsschicht 12 besteht beispielsweise aus einem polymerbasierten Hartschaum mit einer gashaltigen Porenstruktur und niedriger Wärmeleitfähigkeit. Somit entsteht für den Gehäusemantel eine Sandwichstruktur, die zu einer Innenseite und einer Außenseite des Batteriespeichergehäuses 10 eine thermisch leitfähige Struktur und Oberfläche Fig. 1 shows a cross-section through a housing shell of a multi-part battery storage housing 10 of a battery storage device 20, which consists of an inner housing 11, an outer housing 13, and an insulating layer 12 arranged therebetween, which serves for thermal decoupling between an inner and an outer side of the battery storage housing 10. The outer housing 13 essentially completely encloses the insulating layer 12 and the inner housing 11, wherein the insulating layer 12 at least partially encloses the inner housing 11. The inner housing 11 and the outer housing 13 are made of a material with high thermal conductivity, such as a metallic or ceramic material or a composite material. The insulating layer 12 consists, for example, of a polymer-based rigid foam with a gas-containing pore structure and low thermal conductivity. This creates a sandwich structure for the housing shell, which forms a thermally conductive structure and surface to an inner and an outer side of the battery storage housing 10.
bereitstellt, sowie im Kern eine thermische Isolation aufweist. and has thermal insulation in the core.
In der rechts dargestellten Abbildung ist eine beispielgebende, medienführende Kanalstruktur eines Temperierungskanals 16 gezeigt, die durch einen Bodenabschnitt des Innengehäuses 16 führt, um die darin aufgenommenen Batteriezellen 22 des Batteriespeichers 20 zu temperieren. Alternativ kann sich eine Kanalstruktur des Temperierungskanals 16 auch durch eine Aufnahmekammer des Innengehäuses 11 hindurch direkt zu den Batteriezellen 22 erstrecken oder mit einem Immersionsvolumen im Innengehäuse 11 kommunizieren, um einen direkten thermischen Kontakt zwischen dem Wärmeaustauschmedium M und den Batteriezellen 22 herzustellen. Funktional wesentlich ist, dass der The figure on the right shows an exemplary, media-carrying channel structure of a temperature control channel 16, which leads through a bottom section of the inner housing 16 in order to temperature-control the battery cells 22 of the battery storage unit 20 accommodated therein. Alternatively, a channel structure of the temperature control channel 16 can also extend through a receiving chamber of the inner housing 11 directly to the battery cells 22 or communicate with an immersion volume in the inner housing 11 in order to establish direct thermal contact between the heat exchange medium M and the battery cells 22. It is functionally essential that the
Temperierungskanal 16, zweckmäßigerweise mit einer verzweigenden Kanalstruktur Tempering channel 16, expediently with a branching channel structure
22 mit dem Wärmeaustauschmedium M zu temperieren. 22 with the heat exchange medium M.
In der Isolationsschicht 12 ist eine kammerartige Struktur aus Freiräumen 14 ausgebildet. Die Freiräume 14 sind als Durchbrüche, also als Ausnehmungen über die gesamte Materialstärke der Isolationsschicht 12 hindurch ausgeformt, sodass über einen flächenbezogen Abschnitt in Bezug auf zumindest einem Teil der Außenseite des Innengehäuses 11 und zumindest einem Teil der Innenseite des Außengehäuses 13 in den Freiräumen 14 kein Material der Isolationsschicht 12 zwischen dem Innengehäuse 11 und dem Außengehäuse 13 verbleibt. Ähnlich wie die medienführende Kanalstruktur des Temperierungskanals 16 in dem Innengehäuse 11, werden auch die Freiräume 14 als medienführende Kanalstruktur oder medienführende Kammerstruktur genutzt, wobei die einzelnen Freiräume 14 zusätzlich über eine Kanalstruktur eines Transferkanals 15 medienkommunizierend miteinander verbunden sein können. Der Transferkanal 15 dient funktional zur Befüllung oder Durchströmung der Freiräume 14 mit dem Wärmeaustauschmedium M sowie zur Entleerung der Freiräume 14, wobei der Transferkanal 15 hierzu einen Eingang E und einen Ausgang A zu einer Außenseite des Batteriespeichergehäuses A chamber-like structure of free spaces 14 is formed in the insulation layer 12. The free spaces 14 are formed as openings, i.e., as recesses, across the entire material thickness of the insulation layer 12, so that over a surface-related section with respect to at least a portion of the outer side of the inner housing 11 and at least a portion of the inner side of the outer housing 13, no material of the insulation layer 12 remains in the free spaces 14 between the inner housing 11 and the outer housing 13. Similar to the media-carrying channel structure of the temperature control channel 16 in the inner housing 11, the free spaces 14 are also used as a media-carrying channel structure or media-carrying chamber structure, wherein the individual free spaces 14 can additionally be connected to one another for media communication via a channel structure of a transfer channel 15. The transfer channel 15 serves functionally for filling or flowing through the free spaces 14 with the heat exchange medium M as well as for emptying the free spaces 14, whereby the transfer channel 15 has an inlet E and an outlet A to an outside of the battery storage housing
10 umfasst. 10 includes.
Alternativ kann anstelle einer Mehrzahl von Freiräumen 14, die durch den Transferkanal 15 verbunden sind, lediglich ein durchgängiger Freiraum 14 ausgebildet sein, der den Eingang E und den Ausgang A zur Außenseite des Batteriespeichergehäuses 10 umfasst oder direkt mit diesen kommunizierend Alternatively, instead of a plurality of free spaces 14 connected by the transfer channel 15, only one continuous free space 14 may be formed, which includes the inlet E and the outlet A to the outside of the battery storage housing 10 or communicates directly with them.
verbunden ist. is connected.
Das Wärmeaustauschmedium M ist ein flüssiges, wasser- oder ölbasiertes Medium, das eine hohe, zumindest eine höhere Wärmeleitfähigkeit und in flüssiger Phase einen besseren Wärmeübergang als das Feststoffmaterial der Isolationsschicht 12 bietet. Wenn die Freiräume 14 mit einem ausreichenden Füllvolumen des Wärmeaustauschmediums M befüllt sind, schließt das Wärmeaustauschmedium M in jedem Freiraum 14 eine thermisch leitfähige Strecke von einer Fläche des Innengehäuses 11 bis zur Fläche des Außengehäuse 13. Je nach Temperaturverhältnis oder Richtung bilden die Freiräume 14 in dem Batteriespeichergehäuse 10 demzufolge Wärmebrücken oder Kältebrücken zwischen dem Innengehäuse 11 und dem Außengehäuse 13, die jeweils in Bezug auf eine The heat exchange medium M is a liquid, water- or oil-based medium that offers a high, at least a higher thermal conductivity and, in the liquid phase, a better heat transfer than the solid material of the insulation layer 12. When the free spaces 14 are filled with a sufficient filling volume of the heat exchange medium M, the heat exchange medium M closes a thermally conductive path in each free space 14 from a surface of the inner housing 11 to the surface of the outer housing 13. Depending on the temperature ratio or direction, the free spaces 14 in the battery storage housing 10 therefore form thermal bridges or cold bridges between the inner housing 11 and the outer housing 13, each of which is
Bei einer horizontalen Orientierung der Sandwichstruktur der Gehäusehülle wie in einem Gehäusedeckel, bewirkt ein Luftspalt, der in einem nicht befüllten obenliegenden Abschnitt des Freiraums 14 entsteht, eine Unterbrechung des Wärmeübergangs. Bei einer vertikalen Orientierung der Sandwichstruktur der Gehäusehülle wie bei einer Seitenwand, bewirkt der nicht befüllte obenliegende Abschnitt des Freiraums 14 eine proportionale Verringerung der aktiven Fläche des Wärmeübergangs. Durch eine Dimensionierung, Anordnung der kammerartigen Freiräume 14 sowie durch eine Kombination von unterschiedlich orientierten Abschnitten der Gehäusehülle mit denselben, kann eine thermische Leistung des Wärmeübergangs und ein Verhalten desselben in Bezug auf einen hydraulischen Vorgang zur Befüllung oder Durchströmung und Entleerung mit dem With a horizontal orientation of the sandwich structure of the housing shell, such as in a housing cover, an air gap that occurs in an unfilled upper section of the free space 14 causes an interruption of the heat transfer. With a vertical orientation of the sandwich structure of the housing shell, such as in a side wall, the unfilled upper section of the free space 14 causes a proportional reduction of the active area of the heat transfer. By dimensioning, arranging the chamber-like free spaces 14 as well as by combining differently oriented sections of the housing shell with the same, the thermal performance of the heat transfer and its behavior in relation to a hydraulic process for filling or flowing through and emptying with the
Wärmeaustauschmedium M modellspezifisch ausgelegt werden. Heat exchange medium M must be designed model-specifically.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm von dem Temperierungssystem 200 für den Batteriespeicher 20, in dem eine Hydraulikschaltung 30, als funktional Fig. 2 shows a schematic block diagram of the temperature control system 200 for the battery storage 20, in which a hydraulic circuit 30, as functional
wesentliches Fragment aus dem hydraulischen Isolationssystem 100 des essential fragment from the hydraulic isolation system 100 of the
Temperierungspumpe 42. Tempering pump 42.
Hierbei wird aus der Zirkulation des Wärmeaustauschmediums M in dem Temperierungskreislauf 40 ein im Vergleich zum Gesamtstrom der Temperierung eher geringer Teilstrom für hydraulische Zwecke abgezweigt. Ein mittels Steuerung schaltbares Wegeventil 37 mit zwei Stellungen führt wahlweise in einer Stellung, für die zuvor beschriebenen hydraulischen Vorgänge der Isolation, den abgezweigten Teilstrom in die Hydraulikschaltung 30 und über den Transferkanal 15 durch die Freiräume 14. Somit sind die Freiräume 14 vollständig befüllt und durchströmt und In this case, a relatively small partial flow, compared to the total flow of the temperature control, is diverted for hydraulic purposes from the circulation of the heat exchange medium M in the temperature control circuit 40. A directional control valve 37 with two positions, which can be switched by means of a control, leads the diverted partial flow into the hydraulic circuit 30 and via the transfer channel 15 through the free spaces 14, optionally in one position, for the previously described hydraulic processes of the insulation. Thus, the free spaces 14 are completely filled and flowed through and
die hydraulisch schaltbare Isolationseigenschaft ist deaktiviert. the hydraulically switchable insulation property is deactivated.
In der anderen Stellung führt das Wegeventil 37 wahlweise den abgezweigten Teilstrom über einen Bypass an dem Batteriespeichergehäuse 10 vorbei in den Ausgleichbehälter 31 und zurück zur Temperierungspumpe 42. Ohne Zufuhr des Wärmeaustauschmediums M seitens der Temperierungspumpe 42 stromaufwärts in den Transferkanal 15, fliest eine gegebenenfalls vorhandene Befüllung der Freiräume 14 mit Wärmeaustauschmedium M in den Ausgleichbehälter 31 ab. Somit sind die Freiräume 14 entleert und die hydraulisch schaltbare Isolationseigenschaft In the other position, the directional control valve 37 selectively directs the branched partial flow via a bypass past the battery storage housing 10 into the expansion tank 31 and back to the temperature control pump 42. Without the supply of the heat exchange medium M from the temperature control pump 42 upstream into the transfer channel 15, any existing filling of the free spaces 14 with heat exchange medium M flows into the expansion tank 31. Thus, the free spaces 14 are emptied and the hydraulically switchable insulation property
ist aktiviert. is activated.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform mit zwei miteinander verbundenen medienführenden Systemen, einem hydraulischen Isolationssystem 100 für das Batteriespeichergehäuse 10 aus Fig. 1 und einem Temperierungssystem 200 für den Batteriespeicher 20. Das Batteriespeichergehäuse 10, das in Fig. 1 in einem Querschnitt dargestellt ist, ist in den Fig. 2 und 3 in einem Längsschnitt dargestellt. Das Isolationssystem 100 und das Temperierungssystem 200 sind medienkommunizierend miteinander verbunden, d.h. sie werden mit demselben Wärmeaustauschmedium M gemeinsam betrieben, jedoch können beide Systeme über eigene Pumpen, d.h. eine Pumpe 32 und eine Temperierungspumpe 42, funktional unabhängig voneinander angetrieben werden. Fig. 3 shows a schematic block diagram of an embodiment with two interconnected media-carrying systems, a hydraulic insulation system 100 for the battery storage housing 10 from Fig. 1 and a temperature control system 200 for the battery storage 20. The battery storage housing 10, which is shown in cross section in Fig. 1, is shown in a longitudinal section in Figs. 2 and 3. The insulation system 100 and the temperature control system 200 are connected to each other in a media-communicating manner, i.e., they are operated jointly with the same heat exchange medium M. However, both systems can be driven functionally independently of each other via their own pumps, i.e., a pump 32 and a temperature control pump 42.
Dabei kommt das hydraulische Isolationssystem 100 mit wesentlich geringeren The hydraulic isolation system 100 comes with significantly lower
Volumina und einer erheblich geringeren Fördermenge als das volumes and a considerably lower flow rate than the
Temperierungssystem 200 aus. Tempering system 200.
Das Temperierungssystem 200 entspricht weitgehend einem bekannten Kühlkreislauf für eine Batterie. Das Wärmeaustauschmedium M zirkuliert unter einem Förderdruck der Temperierungspumpe 42 in einem Temperierungskreislauf 40 durch den Temperierungskanal 16 des Batteriespeichergehäuses 10 und durch einen Umgebungs-Wärmetauscher 41. Je nach thermischer Gesamtsituation im Hinblick auf eine Temperatur in dem Batteriespeicher 22 und einer Außentemperatur, kann der Wärmetauscher 41 mittels eines schaltbaren Wegeventils 45 auch über einen Bypass umgangen werden. Ferner sind in dem Temperierungskreislauf 40 eine Heizvorrichtung 43 und eine Kältemaschine 44 angeordnet. Durch diese kann das Wärmeaustauschmedium M zusätzlich aktiv beheizt oder gekühlt werden, falls das für eine korrekte Temperierung der Batteriezellen 22 erforderlich wird. Eine Regelung des Temperierungssystems 200 erfolgt ausschließlich oder überwiegend in Abhängigkeit einer Aufrechterhaltung eines Zielbereichs der Betriebstemperatur der Batteriezellen 22 im Batteriespeicher 20, um eine hohe Leistungsfähigkeit zur Leistungsaufnahme und Abgabe sowie eine geringe Alterung und eine lange Lebensdauer sicherzustellen. The temperature control system 200 largely corresponds to a known cooling circuit for a battery. The heat exchange medium M circulates under a delivery pressure of the temperature control pump 42 in a temperature control circuit 40 through the temperature control channel 16 of the battery storage housing 10 and through an ambient heat exchanger 41. Depending on the overall thermal situation with regard to a temperature in the battery storage 22 and an outside temperature, the heat exchanger 41 can also be bypassed via a switchable directional control valve 45. Furthermore, a heating device 43 and a refrigeration machine 44 are arranged in the temperature control circuit 40. These can additionally actively heat or cool the heat exchange medium M if necessary for correct temperature control of the battery cells 22. The temperature control system 200 is controlled exclusively or predominantly as a function of maintaining a target range of the operating temperature of the battery cells 22 in the battery storage unit 20 in order to ensure high performance for power consumption and output as well as low aging and a long service life.
Das hydraulische Isolationssystem 100 ist an einen Eingang und einen Ausgang des Transferkanals 15 in dem Batteriespeichergehäuse 10 angeschlossen. Das Wärmeaustauschmedium M zirkuliert unter dem Förderdruck der Pumpe 32 in einer Hydraulikschaltung 30, die in dieser Ausführungsform als Kreislauf konfiguriert ist, durch den Transferkanal 15 und die Freiräume 14 in dem Batteriespeichergehäuse 10 und durch einen Ausgleichsbehälter 31. Die Rückschlagventile 34, 35 und 36 geben dabei eine Richtung der Zirkulation von der Pumpe 32 zu dem Transferkanal 15 vor. Der Transferkanal 15 umfasst eine in dem gezeigten Längsschnitt des Batteriespeichergehäuses 10 nicht weiter dargestellte verzweigte Kanalstruktur, die sämtliche Freiräume 14 miteinander verbindet. Insbesondere steht die Kanalstruktur des Transferkanals 15 sowohl von einer Seite stromaufwärts in Bezug auf die Zirkulationsrichtung der Pumpe 32 als auch von einer Seite stromabwärts mit jedem Freiraum 14 in Verbindung. Auf der Seite stromabwärts führt der Transferkanal 15 über ein schaltbares Ventil 33 zu einem Ausgleichbehälter 31. Das Ventil 33 kann The hydraulic isolation system 100 is connected to an inlet and an outlet of the transfer channel 15 in the battery storage housing 10. The heat exchange medium M circulates under the discharge pressure of the pump 32 in a hydraulic circuit 30, which in this embodiment is configured as a circuit, through the transfer channel 15 and the free spaces 14 in the battery storage housing 10 and through an expansion tank 31. The check valves 34, 35, and 36 specify a direction of circulation from the pump 32 to the transfer channel 15. The transfer channel 15 comprises a branched channel structure, not further illustrated in the longitudinal section of the battery storage housing 10, which connects all of the free spaces 14 to one another. In particular, the channel structure of the transfer channel 15 is connected to each free space 14 both from an upstream side with respect to the circulation direction of the pump 32 and from a downstream side. On the downstream side, the transfer channel 15 leads via a switchable valve 33 to a compensation tank 31. The valve 33 can
durch ein Stellglied von einer Steuerung betätigt werden. operated by an actuator from a controller.
vorgesehen sein. be provided.
In einer geöffneten Position des Ventils 33 fließt das Wärmeaustauschmedium M aus den Freiräumen14 in den Ausgleichbehälter 31 ab. Solange die Pumpe 32 weiterhin eine Zirkulation zuführt, werden die Freiräume 14 unter Beaufschlagung des Förderdrucks durchströmt. Somit kann eine vollständige Befüllung aller Freiräume 14 und somit auch ein unterbrechungsfreier Wärmeübergang ohne Luftspalt, selbst in einer horizontalen Orientierung der Sandwichstruktur der Gehäusehülle wie in dem Gehäusedeckel sichergestellt werden. In diesem Zustand weist das Batteriespeichergehäuse 10 die höchste Wärmeleitfähigkeit auf, d.h. die hydraulisch When the valve 33 is open, the heat exchange medium M flows from the free spaces 14 into the expansion tank 31. As long as the pump 32 continues to supply circulation, the free spaces 14 are flowed through under the action of the discharge pressure. This ensures complete filling of all free spaces 14 and thus uninterrupted heat transfer without an air gap, even in a horizontal orientation of the sandwich structure of the housing shell, as in the housing cover. In this state, the battery storage housing 10 has the highest thermal conductivity, i.e., the hydraulically
schaltbare thermische Isolationseigenschaft ist deaktiviert. switchable thermal insulation property is deactivated.
Wenn die Pumpe 32 nicht weiter fördert, fließt die Befüllung des Wärmeaustauschmediums M aus den Freiräumen über das geöffnete Ventil 33 ab und sammelt sich in dem Ausgleichbehälter 31. Nachdem die Freiräume 14 entleert sind und sich ersatzweise mit Luft gefüllt haben, sind die Wärmeübergänge durch die Freiräume 14 durch Luftpolster aufgehoben. In diesem Zustand weist das Batteriespeichergehäuse 10 die geringste Wärmeleitfähigkeit auf, d.h. die When the pump 32 stops pumping, the heat exchange medium M flows out of the free spaces via the open valve 33 and collects in the expansion tank 31. After the free spaces 14 are emptied and replaced with air, the heat transfer through the free spaces 14 is eliminated by air cushions. In this state, the battery storage housing 10 has the lowest thermal conductivity, i.e.
hydraulisch schaltbare thermische Isolationseigenschaft ist aktiviert. hydraulically switchable thermal insulation property is activated.
Alternativ kann in den Ausführungsformen der Figuren 2 und 3 anstelle der Mehrzahl von kammerartigen Freiräumen 14 und dem Transferkanal 15 lediglich ein einziger und ggf. entsprechend größerer Freiraum 14 in dem Batteriespeichergehäuse 10 ausgebildet sein, der über den Eingang E und den Ausgang A befüllt und entleert Alternatively, in the embodiments of Figures 2 and 3, instead of the plurality of chamber-like free spaces 14 and the transfer channel 15, only a single and possibly correspondingly larger free space 14 can be formed in the battery storage housing 10, which is filled and emptied via the inlet E and the outlet A.
oder durchströmt wird. or flows through.
Zustände in Bezug auf die Wärmeleitfähigkeit hervorruft. conditions in terms of thermal conductivity.
Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu The above explanations of the embodiments describe the present invention solely by way of example. Naturally, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided that they are technically feasible, without deviating from the scope of the present invention.
verlassen. leave.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
10 Batteriespeichergehäuse 11 Innengehäuse 10 Battery storage housing 11 Inner housing
12 Isolationsschicht 12 Insulation layer
13 Außengehäuse 13 Outer casing
14 Freiräume 14 open spaces
15 Transferkanal 15 transfer channel
16 Temperierungskanal 20 Batteriespeicher 16 Temperature control channel 20 Battery storage
22 Batteriezellen 22 battery cells
30 Hydraulikschaltung 31 Ausgleichsbehälter 32 Pumpe 30 Hydraulic circuit 31 Expansion tank 32 Pump
33 schaltbares Ventil 33 switchable valve
17 34 Rückschlagventil 35 Rückschlagventil 36 Rückschlagventil 37 Wegeventil mit zwei Schaltzuständen 40 Temperierungskreislauf 41 Wärmetauscher 42 Temperierungspumpe 43 Heizvorrichtung 44 Kältemaschine 45 Wegeventil mit zwei Schaltzuständen 100 hydraulisches Isolationssystem 200 Temperierungssystem E Eingang E Ausgang M Wärmeaustauschmedium 17 34 Check valve 35 Check valve 36 Check valve 37 Directional control valve with two switching states 40 Temperature control circuit 41 Heat exchanger 42 Temperature control pump 43 Heating device 44 Refrigeration machine 45 Directional control valve with two switching states 100 Hydraulic insulation system 200 Temperature control system E Input E Output M Heat exchange medium
Claims (1)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ATA50431/2024A AT528021B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-05-27 | Battery storage housing for variable thermal insulation of a battery storage system and method therefor |
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Applications Claiming Priority (1)
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| ATA50431/2024A AT528021B1 (en) | 2024-05-27 | 2024-05-27 | Battery storage housing for variable thermal insulation of a battery storage system and method therefor |
Publications (2)
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