对电池进行温度控制的装置、车辆、以及加热和冷却电池的方法制造方法及图纸

一种用于加热或冷却电池的系统和方法，包括控制器和温度控制回路，温度控制回路包括配置为与具有潜热储存介质的容器热交换的辅助介质和车辆牵引电池、配置为使辅助介质循环的泵、以及启动设备，启动设备具有可移动的密封元件以选择性地将成核表面暴露于潜热储存介质以触发相变过程和与辅助介质热交换。

【技术实现步骤摘要】
对电池进行温度控制的装置、车辆、以及加热和冷却电池的方法
本专利技术涉及一种用于对电池进行温度控制的装置，具有这种装置的车辆，以及用于加热和冷却电池的方法。
技术介绍
在车辆中，蓄电池用作电能的可再充电存储单元。除了用作起动机电池之外，电动车辆和混合动力车辆还具有用于车辆电力驱动的牵引电池。这些蓄电池通常对温度敏感，并且应该在较窄的温度范围内运行。在低温下，例如温度低于-25℃时，蓄电池的可用容量受到限制。然而，在较高温度下，例如高于45℃，可能需要冷却电池，因为电池本身在其运行过程中会产生热量，以及电池可能会在过高的温度下损坏。随着温度下降，蓄电池的内阻上升。由于增加的电阻，负载下的电压降增加，因此对于相同的负载，可用容量较低。还存在冻结蓄电池中使用的电解质的风险。这种温度依赖性限制了机动车辆中的蓄电池在较低的外部温度下的可用性，以及因此特别是对于部分或仅电动操作的机动车辆而言存在问题。将电池温度提高约5℃至10℃可以显著提高可用容量。为了解决这个问题，例如用于电池的电加热是已知的。此外，DE102011002549A1提出了借助于聚集态改变材料的电池温度控制。描述了一种用于对电池进行温度控制的设备，包含电池和潜热储存器，其可以将其聚集态从液体变为固体，以及因此放出结晶热以加热电池，其中结晶可以由脉冲触发。潜热储存器包含在围绕电池布置的壳体中。专利技术人已经发现，在DE102011002549A1中描述的装置中，热量不可能独立于电池而被潜热储存器吸收，也就是潜热储存器只能通过由电池放出的热量被转回至液态。而且，潜热储存器从固态到液态的完全相变受到阻碍，因为潜热储存器的循环在固态下是不可能的。而且，所描述的装置需要与机动车辆中的电池的安装情况相关的实质性结构变化。
技术实现思路
因此，本专利技术基于提出可以消除上述缺点的可能性。特别地，提出了一种用于对机动车辆的电池进行温度控制的装置和方法，利用该装置和方法可以独立于电驱动热源来加热电池。而且，简单地集成在常规的电池加热和冷却系统中是可取的。本专利技术的基本构思是将热能储存在潜热储存介质中，当需要时(例如，在非常低的温度下)将储存的热能发送到辅助介质，以及使用加热的辅助介质加热电池。然而，在高温下，热能可以从电池传递到辅助介质，以及从辅助介质传递到潜热储存介质并且储存在其中。换句话说，潜热储存介质和电池之间的热传递通过辅助介质间接地进行，辅助介质总是以液相存在，以及因此可以例如通过泵循环。这允许将潜热储存介质布置在与电池分开的单独容器中。不需要运输或循环潜热储存介质。根据本专利技术的实施例允许独立于外部电源并且因此例如在车辆未连接到充电站的情况下进行电池的温度控制(特别是加热)。实施例可以有利地集成在常规的电池加热和冷却系统中，使得在常温下，辅助介质以及因此电池也可以例如通过空调系统或PTC(正温度系数)加热元件冷却或加热。根据一个或多个实施例的用于对电池进行温度控制的装置包含具有泵设备的温度控制回路、布置在温度控制回路中的电池、布置在温度控制回路中并且包括潜热储存介质的容器，以及存在于温度控制回路中的用于在潜热储存介质和电池之间的间接热传递的辅助介质。温度控制装置可以用于加热电池、冷却电池或两者以加热和冷却电池，也就是术语“温度控制”指的是加热和/或冷却。术语“电池”既包含单个或多个主电池又包含单个或多个次级电池(蓄电池)。在本申请意义上的电池的示例是锂离子蓄电池，例如锂聚合物蓄电池、锂钴二氧化物蓄电池、钛酸锂蓄电池、锂空气蓄电池、锂锰二氧化物蓄电池、磷酸铁锂蓄电池、以及锡硫锂离子蓄电池。电池可以例如配置为车辆的起动机电池或牵引电池。潜热储存介质是相变材料(PCM)，由于它的正常的比热容，其潜在的熔化热、溶解热或吸收热大于其可存储的热量。因此与比热容一样，相变(例如从液体到固体)的潜热，因此可用于储存热能。可以使用潜热储存介质，以便可以利用其从液体到固体的相变，反之亦然(也就是凝固和熔化)。固-液相变的相变温度在一些实施例中可以在10℃和90℃之间、在一些实施例中在30℃和80℃之间、在一些实施例中在40℃和60℃之间的温度范围内。合适的潜热储存介质可以例如是水合盐、水合盐混合物或石蜡的混合物。在一个实施例中，使用三水乙酸钠作为潜热储存介质，其对于固-液相变具有58℃的相变温度，但是也可以在低至-20℃的较低温度下作为过冷熔体以亚稳态存在。因为盐溶解在其结晶水中。如果触发结晶，则潜热储存介质再次加热至固-液相变的相变温度并且放出热能。与固-液相变相关的熔化热约为270kJ/kg，以及因此比具有在40℃和100℃之间的低温区域的固-液相变温度的大多数其他潜热储存介质更大。换句话说，对于三水合乙酸钠，每kg的可存储能量特别高，因此需要很少的潜热储存介质来存储特定的热能，因此可以选择相应地较小的容器5。以这种方式，例如，在设置有根据本专利技术的装置的车辆中可以节省安装空间。潜热储存介质的其他示例是硫酸钠十水合物(固-液相变温度32.5℃)、磷酸氢二钾六水合物(固-液相变温度14℃)和硝酸钙四水合物(固-液相变温度43℃)。潜热储存介质可以布置在封闭的容器中，其中容器不限于特定形式。容器的体积可以大于潜热储存介质的体积，以允许潜热储存介质的任何热膨胀。因此，可以确保潜热储存介质不会(例如因为泄漏)释放。容器可以由具有高热导率的材料构成，以便允许容器中存在的潜热储存介质与辅助介质之间良好的热传递。辅助介质存在于温度控制回路中并且用于潜热储存介质和电池之间的间接热传递。首先，例如在非常低的电池温度下，辅助介质可以(例如利用容器的导热性)吸收来自潜热储存介质的热能。然后，借助于泵设备使加热的辅助介质流动，使得它到达电池并且可以向电池放出热能。为此，电池可以布置在导热壳体中。其次，辅助介质还可以从电池吸收热能并且将其传递到潜热储存介质。辅助介质可以例如包含水或由水组成。由于使用辅助介质，不需要在不同的腔之间输送潜热储存介质。因此可以降低潜热储存介质的不期望的释放风险。温度控制回路可以由线路(例如管道或软管)形成，辅助介质存在于其中并且可以借助于泵设备设置成流动。温度控制回路中的部件(例如，电池或容器)的布置指的是在相应的部件和辅助介质之间可以(例如由于线路与部件直接接触)进行热传递。为了改善热传递，温度控制回路可以包含用于改善热传递的设备(例如肋状或曲折结构)以扩大表面积。根据各种实施例变体，潜热储存介质可以在低于其相变温度(也就是低于固-液相变温度)时以亚稳态存在。因此，可以使用潜热储存介质，其可以作为过冷熔体或过冷溶液以亚稳态存在。然后可以通过过冷熔体或溶液中的成核(例如通过脉冲或晶核接种)来触发从液体到固体的具有热能放出的相变。有利地，可以以这种方式控制相变时间并且因此控制放热的开始。例如，潜热储存介质可以冷却到环境温度而不发生结晶，因为潜热储存温度在环境温度下处于其亚稳态。亚稳态存在于下至0℃的较低温度极限，或在一些实施例中存在于下至-10℃的较低温度极限，或存在于下至-20℃的较低温度极限，或甚至存在于下至-30℃的较低的温度极限。因此，放热是可能的直到达到所述较低温度极限。根据另外的实施例变体，装置可以包含在温度控制回路中的用于对辅助介质进行温度控制的加热和/或冷却设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包含：控制器；电池，所述电池设置为将热量传递到温度控制回路的辅助介质以及传递来自所述温度控制回路的所述辅助介质的热量；在所述温度控制回路中的容器，所述容器包含潜热储存介质；以及启动设备，所述启动设备具有成核表面和密封元件，所述密封元件响应于来自所述控制器的请求而选择性地移动，以使所述成核表面暴露于所述潜热储存介质以触发结晶过程和加热所述辅助介质。

【技术特征摘要】
2017.09.26 DE 102017217089.11.一种系统，包含：控制器；电池，所述电池设置为将热量传递到温度控制回路的辅助介质以及传递来自所述温度控制回路的所述辅助介质的热量；在所述温度控制回路中的容器，所述容器包含潜热储存介质；以及启动设备，所述启动设备具有成核表面和密封元件，所述密封元件响应于来自所述控制器的请求而选择性地移动，以使所述成核表面暴露于所述潜热储存介质以触发结晶过程和加热所述辅助介质。2.根据权利要求1所述的系统，进一步包含配置为使所述辅助介质循环通过所述温度控制回路的泵。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述潜热储存介质在低于相关的相变温度时能够以亚稳态存在。4.根据权利要求1所述的系统，进一步包含设置在所述温度控制回路中的加热和/或冷却设备，以响应于来自所述控制器的相关请求来加热和/或冷却所述辅助介质。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述温度控制回路包含配置为选择性地绕过所述电池的旁路，所述系统进一步包含连接到所述控制器用于选择性地启用和停用所述旁路的阀。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述启动设备包含提升阀。7.根据权利要求1所述的系统，进一步包含与所述控制器通信的配置为测量所述潜热储存介质的温度的温度传感器。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述潜热储存介质包含三水合乙酸钠。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电池包含车辆牵引...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·岑纳，马赞·哈穆德，丹尼尔·本杰明·科克，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US