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DE102009058842B4 - Vehicle with temperature control device, battery with latent heat storage and method for temperature control of vehicles - Google Patents

Vehicle with temperature control device, battery with latent heat storage and method for temperature control of vehicles Download PDF

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DE102009058842B4
DE102009058842B4 DE102009058842.6A DE102009058842A DE102009058842B4 DE 102009058842 B4 DE102009058842 B4 DE 102009058842B4 DE 102009058842 A DE102009058842 A DE 102009058842A DE 102009058842 B4 DE102009058842 B4 DE 102009058842B4
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battery
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Dr. Birke Peter
Michael Keller
Manfred Malik
Michael Schiemann
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Vitesco Technologies GmbH
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Abstract

Fahrzeug (11) mit zumindest einer Batterie (1) und zumindest einem Fahrgastinnenraum (9) sowie mit zumindest einer Temperierungsvorrichtung, wobeidie Temperierungsvorrichtung zumindest ein Phasenwechselmaterial (2) aufweist, das mit einem Fahrgastinnenraum (9) des Fahrzeugs (11) und mit einer Batterie (1) des Fahrzeugs (11) thermisch gekoppelt ist, so dass ein Wärmeaustausch zwischen ihnen möglich ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Temperierungsvorrichtung zumindest zwei der Phasenwechselmaterialien aufweist, wobeieines der Phasenwechselmaterialien (3) im anderen der Phasenwechselmaterialien (2) eingemischt und/oder emulgiert ist, unddas in das andere Phasenwechselmaterial (2) eingemischte oder emulgierte Phasenwechselmaterial (3) mikrogekapselt ist, mittels einer Kunststoffkapselung zu Kapseln mit einem Durchmesser ≤ 30 µm und/oder ≥ 2 µm.Vehicle (11) with at least one battery (1) and at least one passenger compartment (9) and with at least one temperature control device, wherein the temperature control device has at least one phase change material (2) that is connected to a passenger compartment (9) of the vehicle (11) and to a battery (1) of the vehicle (11) is thermally coupled so that heat can be exchanged between them, characterized in that the temperature control device has at least two of the phase change materials, one of the phase change materials (3) being mixed and/or emulsified in the other of the phase change materials (2). and the phase change material (3) mixed or emulsified in the other phase change material (2) is microencapsulated by means of a plastic encapsulation to form capsules with a diameter ≤ 30 µm and/or ≥ 2 µm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren eines Fahrzeugs, insbesondere dessen Fahrgastzelle und Batterie sowie eine entsprechend temperierte Batterie und ein entsprechend temperiertes Fahrzeug.The invention relates to a method for controlling the temperature of a vehicle, in particular its passenger compartment and battery, as well as an appropriately temperature-controlled battery and a correspondingly temperature-controlled vehicle.

Insbesondere elektrisch angetriebene Fahrzeuge werfen eine Reihe von Temperierungsproblemen auf. Zum einen ist es hier erforderlich, dass die Batterie auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird, damit sie einen optimalen Wirkungsgrad liefert. Darüber hinaus ist die Temperierung des Fahrgastinnenraums schwierig, da verglichen mit Fahrzeugen mit einem reinen Antrieb über Verbrennungsmotoren nur eine geringe Abwärme erzeugt wird. Insbesondere im Winter steht daher bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen nicht genügend Wärme zur Heizung des Fahrgastinnenraums zur Verfügung.Electrically powered vehicles in particular pose a number of temperature control problems. On the one hand, it is necessary here for the battery to be kept at a certain temperature so that it can deliver optimal efficiency. In addition, the temperature control of the passenger compartment is difficult, since compared to vehicles with a pure drive via combustion engines, only a small amount of waste heat is generated. Particularly in winter, therefore, there is not enough heat available for heating the passenger compartment in electrically powered vehicles.

Aus dem Stand der Technik sind folgende Ansätze, die Temperatur zu regeln, bekannt: Zum einen kann eine Heizung mit fossilen Brennstoffen eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Standheizungen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass sie die Umweltbilanz des Fahrzeugs verschlechtert.The following approaches to regulating the temperature are known from the prior art: On the one hand, heating with fossil fuels can be used, such as in parking heaters. However, this solution has the disadvantage that it worsens the environmental balance of the vehicle.

Eine weitere Lösung besteht darin, dem elektro-chemischen Energiespeicher, also der Batterie, elektrische Energie zum Heizen zu entnehmen, was jedoch den Nachteil hat, dass hierdurch die Reichweite des Fahrzeugs deutlich herabgesetzt wird.A further solution consists in drawing electrical energy for heating from the electrochemical energy store, ie the battery, which, however, has the disadvantage that the range of the vehicle is significantly reduced as a result.

Zur Kühlung des Fahrgastinnenraums sind die üblichen Klimaanlagen bekannt, die auf Kompressor, Kondensator und Verdampfer beruhen. Da diese Anlagen Energie verbrauchen, setzen auch sie die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs deutlich herab.The usual air conditioning systems, which are based on a compressor, condenser and evaporator, are known for cooling the passenger compartment. Since these systems consume energy, they also significantly reduce the range of an electrically powered vehicle.

Aus der DE 42 30 583 A1 ist eine Temperierungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt.From the DE 42 30 583 A1 a temperature control device according to the preamble of patent claim 1 is known.

In der FR 28 95 838 A1 ist eine elektrische Batterie beschrieben, die ein Phasenwechselmaterial zum Kühlen oder Erwärmen der Batterie aufweist.In the FR 28 95 838 A1 describes an electric battery that includes a phase change material for cooling or heating the battery.

Die JP H06 096 343 A beschreibt eine thermische Speichereinrichtung für einen Verkaufseinrichtung oder einen Container, so dass Ware in einem Einkaufsmarkt erwärmt oder gekühlt werden kann.the JP H06 096 343 A describes a thermal storage device for a sales facility or a container, so that goods in a supermarket can be heated or cooled.

In der DE 41 41 811 C1 ist eine Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs beschrieben, die als Wärmespeicher für die Beheizung eines Fahrzeuginnenraums genutzt werden kann.In the DE 41 41 811 C1 describes a drive battery of an electric vehicle that can be used as a heat store for heating a vehicle interior.

Aus der JP H08 222 280 A ist eine Mehrzahl elektrisch verbundener Zellen bekannt, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind, wobei das Gehäuse mit einem keramischen Granulat mit hoher Wärmekapazität gefüllt ist.From the JP H08 222 280 A discloses a plurality of electrically connected cells arranged within a casing, the casing being filled with ceramic granules having a high heat capacity.

In der DE 10 2009 050 510 A1 ist ein Temperierungselement beschrieben, das unterschiedliche Phasenübergangsmaterialien mit unterschiedlichen Phasenübergangstemperaturen aufweisen kann.In the DE 10 2009 050 510 A1 describes a tempering element that can have different phase transition materials with different phase transition temperatures.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermische Kopplung zwischen einer Batterie und einem Fahrgastinnenraum eines Fahrzeugs anzugeben, die einen erhöhten thermischen Speicher mit reduzierten Reaktionszeiten aufweist.It is an object of the present invention to specify a thermal coupling between a battery and a passenger compartment of a vehicle, which has increased thermal storage with reduced response times.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Temperieren eines Fahrgastinnenraums und einer Batterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 5 und einer Batterie eines Fahrzeug nach Anspruch 7.This object is achieved by a vehicle according to claim 1, a method for temperature control of a passenger compartment and a battery of a vehicle according to claim 5 and a battery of a vehicle according to claim 7.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Phasenwechselmaterialien in Latentwärmespeichern besonders geeignet sind, Temperierungsaufgaben in Elektrofahrzeugen zu lösen.According to the invention, it was recognized that phase change materials in latent heat stores are particularly suitable for solving temperature control tasks in electric vehicles.

Ein Latentwärmespeicher (latere (lat.) verbergen), im Folgenden auch kurz als Latentspeicher bezeichnet, speichert thermische Energie durch die Änderung des Aggregatzustandes eines Speichermediums. Solche Medien zur Energiespeicherung werden auch als „Phasenwechselmaterialien“ (engl. Phase Change Material, PCM) bezeichnet.A latent heat accumulator (latere (lat.) hide), hereinafter also referred to as latent accumulator, stores thermal energy by changing the physical state of a storage medium. Such media for energy storage are also referred to as "phase change materials" (English phase change material, PCM).

Zu diesen Phasenwechselmaterialien zählen beispielsweise Paraffine, auch bekannt als Material für Kerzen, die beim Schmelzen sehr viel Wärmeenergie aufnehmen (beladen), welche sie beim Erstarren wieder abgeben können (entladen). Ähnlich verhalten sich auch einige Salze, wie z.B. Nitratsalze.These phase change materials include, for example, paraffins, also known as the material for candles, which absorb (load) a great deal of thermal energy when melting, which they can release (discharge) again when solidifying. Some salts, such as nitrate salts, behave similarly.

Bei der Einspeicherung von Wärme in das Speichermaterial beginnt das Material bei Erreichen der Temperatur des Phasenübergangs seine Phase zu wechseln, beispielsweise zu schmelzen, und erhöht dann, trotz weiterer Einspeicherung von Wärme, seine Temperatur nicht, bis das Material komplett die Phase gewechselt hat. Erst dann tritt wieder eine Erhöhung der Temperatur auf. Da für längere Zeit trotz Wärmezufuhr keine merkliche Temperaturerhöhung auftritt, nennt man die während des Phasenübergangs eingespeicherte Wärme, „versteckte Wärme“ oder auch „latente Wärme“. Latentwärmespeicher haben pro Volumeneinheit eine entsprechend hohe Wärmekapazität.When heat is stored in the storage material, the material begins to change its phase, for example to melt, when the temperature of the phase transition is reached, and then, despite further storage of heat, does not increase its temperature until the material has completely changed phase. Only then does the temperature rise again. Since there is no noticeable increase in temperature for a long time despite the addition of heat, the heat stored during the phase transition is called "hidden heat" or "latent heat". Latent heat accumulators have a correspondingly high heat capacity per volume unit.

Erfindungsgemäß wird durch den Einsatz derartiger Phasenwechselmaterialien eine Regelung der Temperatur einer Batterie eines Fahrzeugs und/oder eines Fahrgastinnenraums eines solchen Fahrzeugs erreicht.According to the invention, regulation of the temperature of a battery of a vehicle and/or a passenger compartment of such a vehicle is achieved through the use of such phase change materials.

Zunächst soll die Funktion bei der Temperierung einer Batterie eines Fahrzeugs beschrieben werden. Hierbei werden zumindest zwei Phasenwechselmaterialien in thermischem Kontakt zur Batterie angeordnet. Thermischer Kontakt bedeutet hier, dass Wärme von der Batterie zum Latentwärmespeicher gelangen kann und vom Latentwärmespeicher zur Batterie gelangen kann. Ein thermischer Kontakt kann insbesondere über wärmeleitende Materialien hergestellt werden. Die Phasenwechselmaterialien liegen als Mischung oder Emulsion vor. Wird nun durch die Batterie Wärme erzeugt, so fließt diese Wärme zu dem Latentwärmespeicher. Hierdurch erwärmen sich die Phasenwechselmaterialien. Bei Erreichen der Phasenwechseltemperatur des Materials mit der niedrigeren Phasenwechseltemperatur fängt dieses an, seinen Aggregatzustand zu wechseln, beispielsweise zu schmelzen. Solange dieses Material nicht vollständig seine Phase gewechselt hat, erhöht sich seine Temperatur nicht weiter. Wird also durch die Batterie zunehmend Wärme erzeugt, so kann diese zum Latentwärmespeicher abgeleitet werden, wodurch sich die Temperatur der Batterie nicht weiter erhöht.First of all, the function for temperature control of a battery in a vehicle is to be described. Here, at least two phase change materials are placed in thermal contact with the battery. Thermal contact here means that heat can get from the battery to the latent heat storage device and from the latent heat storage device to the battery. A thermal contact can be established in particular via thermally conductive materials. The phase change materials are in the form of a mixture or an emulsion. If heat is now generated by the battery, this heat flows to the latent heat storage device. This causes the phase change materials to heat up. When the phase change temperature of the material with the lower phase change temperature is reached, it begins to change its state of aggregation, for example to melt. As long as this material has not completely changed its phase, its temperature does not increase any further. If heat is increasingly generated by the battery, this can be diverted to the latent heat storage device, which means that the temperature of the battery does not increase any further.

Phasenwechselmaterialien im Sinne der Erfindung können solche sein, die ihren Aggregatszustand von fest nach flüssig, von flüssig nach gasförmig oder von fest nach gasförmig wechseln können.Phase change materials within the meaning of the invention can be those which can change their state of aggregation from solid to liquid, from liquid to gaseous or from solid to gaseous.

Das Phasenwechselmaterial kann zumindest bereichsweise von einem thermischen Isolationsmaterial umgeben sein, so dass es zumindest bereichsweise thermisch isoliert wird.The phase change material can be surrounded at least in regions by a thermal insulation material, so that it is thermally insulated at least in regions.

Die entsprechende Phasenwechseltemperatur ist hierbei vorzugsweise ≥ 10 °C, vorzugsweise ≥ 20 °C, vorzugsweise ≥ 50 °C, vorzugsweise ≥ 100 °C und/oder ≤ 350 °C, vorzugsweise ≤ 300 °C, vorzugsweise ≤ 200 °C.The corresponding phase change temperature is preferably ≧10°C, preferably ≧20°C, preferably ≧50°C, preferably ≧100°C and/or ≦350°C, preferably ≦300°C, preferably ≦200°C.

Durch die Kopplung mit einem Latentwärmespeicher wird außerdem erreicht, dass die Temperatur der Batterie nicht unter ihre Betriebstemperatur sinkt. Geht nämlich die Wärmeerzeugung durch die Batterie zurück, und die Batterie kühlt ab, so wird den Phasenwechselmaterialien Energie entzogen, was wiederum dazu führt, dass die Phasenwechselmaterialien der Latentwärmespeicher zunehmend aushärten oder kondensieren, die Batterietemperatur aber nicht weiter sinkt, bis die Wärmeenergie in den Phasenwechselmaterialen erschöpft ist. Hierbei wird Wärme frei, die zur Batterie geleitet wird. Nimmt man an, dass Batterie und Phasenwechselmaterialien im thermischen Gleichgewicht stehen, so wird die Batterie auf der Phasenwechseltemperatur, z.B. Schmelztemperatur, des Phasenwechselmaterials gehalten, solange dieses nicht vollständig einen der beiden in Frage kommenden Aggregatzustände angenommen hat.The coupling with a latent heat storage device also ensures that the temperature of the battery does not drop below its operating temperature. If the heat generation by the battery decreases and the battery cools down, energy is withdrawn from the phase change materials, which in turn means that the phase change materials of the latent heat storage devices increasingly harden or condense, but the battery temperature does not drop any further until the thermal energy in the phase change materials is exhausted. This releases heat, which is conducted to the battery. Assuming that the battery and phase change materials are in thermal equilibrium, the battery is kept at the phase change temperature, e.g.

Auf ähnliche Weise ist auch der Fahrgastinnenraum eines Fahrzeugs temperierbar. Es wird hier vorzugsweise ein Phasenwechselmaterial gewählt, dessen Phasenwechseltemperatur der einzustellenden Temperatur im Fahrgastinnenraum entspricht. Das Phasenwechselmaterial wird hierbei in thermischem Kontakt mit dem Fahrgastinnenraum gebracht. Erwärmt sich nun der Fahrgastinnenraum, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung, so wird Wärme zum Phasenwechselmaterial geleitet, welches hierdurch beginnt, seine Phase zu wechseln, beispielsweise zu schmelzen. Sinkt hingegen die Fahrgastraumtemperatur unter die Phasenwechseltemperatur des Phasenwechselmaterials und befindet sich dieses nicht bereits vollständig in der kühleren Phase, so wird Wärme aus dem Phasenwechselmaterial in den Fahrgastinnenraum geleitet, während das Material seine Phase zunehmend hin zur kälteren Phase wechselt, es also beispielsweise aushärtet. Thermischer Kontakt kann u.a. über verschiedene Wärmeleitungskonzepte, wie z.B. heat pipes, hergestellt werden. Die Phasenwechseltemperatur wird vorzugsweise so gewählt, dass die einzustellende Temperatur den gewünschten Wert annimmt.The passenger compartment of a vehicle can also be heated in a similar way. A phase change material is preferably selected here whose phase change temperature corresponds to the temperature to be set in the passenger compartment. The phase change material is brought into thermal contact with the passenger compartment. If the passenger compartment now heats up, for example due to solar radiation, heat is conducted to the phase change material, which as a result begins to change its phase, for example to melt. If, on the other hand, the passenger compartment temperature falls below the phase change temperature of the phase change material and this is not already completely in the cooler phase, heat is conducted from the phase change material into the passenger compartment, while the material increasingly changes its phase towards the colder phase, i.e. it hardens, for example. Thermal contact can be established using various heat conduction concepts, such as heat pipes. The phase change temperature is preferably selected in such a way that the temperature to be set assumes the desired value.

Neben einer getrennten Temperierung von Batterie und Fahrgastinnenraum ist es auch möglich, die Temperierungssysteme miteinander zu koppeln. So kann beispielsweise Wärme, die durch die Batterie erzeugt wurde und im Phasenwechselmaterial gespeichert wurde, zum Fahrgastinnenraum abgeführt werden, um diesen zu erwärmen. Natürlich ist es auch möglich, dass aus dem Fahrgastinnenraum abgeführte Wärme im Phasenwechselmaterial gespeichert wird und dann zur Erwärmung der Batterie verwendet wird.In addition to separate temperature control for the battery and passenger compartment, it is also possible to couple the temperature control systems with one another. For example, heat generated by the battery and stored in the phase change material can be dissipated to the passenger compartment to warm it. Of course, it is also possible for heat dissipated from the passenger compartment to be stored in the phase change material and then used to heat the battery.

In verschiedenen Situationen ist es denkbar, dass eine Erwärmung des Fahrgastinnenraums und/oder der Batterie eines Fahrzeugs erfolgen soll, ohne dass im Fahrgastinnenraum oder der Batterie bereits eine hinreichende Menge an Wärme erzeugt worden wäre, um den Latentwärmespeicher bzw. sein Phasenwechselmaterial mit der notwendigen Wärme zu laden. Andererseits kann es auch vorkommen, dass das Phasenwechselmaterial bereits vollständig in dem wärmeren Aggregatszustand ist, so dass weitere Wärme nicht ohne Erhöhung der Temperatur abgeführt werden kann. In solchen Fällen ist es möglich, den Latentwärmespeicher oder das Phasenwechselmaterial und die Batterie von außen vorzuwärmen und somit die Batterie auf die optimale Betriebstemperatur zu bringen und gleichzeitig genug Wärmeenergie im Phasenwechselmaterial zu speichern oder gegebenenfalls bei zu hoher Batterietemperatur die Temperatur zur Lebensdaueroptimierung etwas abzusenken, wenn diese sich aufgrund der beim Laden entstehenden Wärme zu stark erwärmt hat. Dies kann beispielsweise während eines Ladevorgangs der Batterie über ein intern im Fahrzeug befindliches „on board“ oder ein externes „off board“ Ladegerät bzw. elektronische Last bei (Energieentnahme) geschehen. So kann also während des Ladens der Batterie durch eine von außen mit Spannung versorgte Vorrichtung gleichzeitig Wärme erzeugt werden, mit welcher der Latentwärmespeicher in einen Aggregatszustand durch Wärmeaufnahme versetzt wird. Andererseits ist es auch möglich, während des Ladens ein im wärmeren Aggregatszustand befindliches Phasenwechselmaterial abzukühlen, so dass sich dieses vollständig in seinen kühleren Aggregatszustand begibt. Der Fahrgastinnenraum und/oder die Batterie können also durch von einem Ladegerät bereitgestellte Spannung auf eine vorgegebene Temperatur temperiert, geheizt oder gekühlt werden. Grundsätzlich können die Phasenwechselmaterialien auch selbst als Latentwärmespeicher angesehen werden.In various situations it is conceivable that the passenger compartment and/or the battery of a vehicle should be heated without a sufficient amount of heat having already been generated in the passenger compartment or the battery to supply the latent heat storage device or its phase change material with the necessary heat to load. On the other hand, it can also happen that the phase change material is already completely in the warmer state of aggregation, so that further heat cannot be dissipated without increasing the temperature. In such cases is it is possible to preheat the latent heat store or the phase change material and the battery from the outside and thus bring the battery to the optimal operating temperature and at the same time store enough thermal energy in the phase change material or, if the battery temperature is too high, reduce the temperature slightly to optimize the service life if this is due to the heat generated during charging has heated up too much. This can happen, for example, during a charging process of the battery via an “on board” internally located in the vehicle or an external “off board” charger or electronic load during (energy consumption). Thus, during the charging of the battery, heat can be generated at the same time by a device supplied with voltage from the outside, with which heat the latent heat accumulator is put into a state of aggregation by absorbing heat. On the other hand, it is also possible to cool down a phase change material that is in the warmer state of aggregation during charging, so that it completely changes to its cooler state of aggregation. The passenger compartment and/or the battery can thus be tempered, heated or cooled to a predetermined temperature by the voltage provided by a charging device. In principle, the phase change materials themselves can also be viewed as latent heat storage devices.

Unter Fahrzeugen im Sinne der Erfindung werden insbesondere Kraftfahrzeuge verstanden, die zumindest eine Batterie aufweisen. Bevorzugt sind dies Fahrzeuge, deren Vortrieb zumindest zum Teil über Elektromotoren erfolgt. Hierunter fallen zum einen rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge (EV), zum anderen aber auch Hybridfahrzeuge, wie z.B. Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV). Auch Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren werden umfasst, in denen eine Batterie beispielsweise zum Betreiben des Anlassers dient.Vehicles within the meaning of the invention are understood to mean, in particular, motor vehicles which have at least one battery. These are preferably vehicles which are propelled at least in part by electric motors. This includes purely electrically powered vehicles (EV) as well as hybrid vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHEV). Vehicles with internal combustion engines are also included, in which a battery is used, for example, to operate the starter.

Als Phasenwechselmaterialien kommen alle Materialien in Frage, die im gewünschten Temperaturbereich eine Phasenwechseltemperatur haben. Hierbei kann die Phase (Aggregatszustand) von flüssig auf gasförmig, von fest auf gasförmig, oder bevorzugt von fest auf flüssig wechseln. Möglich sind z.B. Phasenwechselmaterialien mit ionischen Flüssigkeiten, Salzen, die bei Raumtemperatur schmelzen, Flüssigkristallen, organischen Lösungsmitteln, wie z.B. Tert-Butanol, Glycerin, Ethylencarbonat (EC). Auch Lösungen von Salzen in Wasser oder in Lösungsmitteln, auch Mischungen, kommen in Frage.All materials that have a phase change temperature in the desired temperature range can be used as phase change materials. The phase (state of aggregation) can change from liquid to gaseous, from solid to gaseous, or preferably from solid to liquid. For example, phase change materials with ionic liquids, salts that melt at room temperature, liquid crystals, organic solvents such as tert-butanol, glycerol, ethylene carbonate (EC) are possible. Solutions of salts in water or in solvents, including mixtures, are also suitable.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch eine Batterie mit integriertem Latentwärmespeicher angegeben. Hierbei stehen eine oder mehrere Batteriezellen, wie beispielsweise Batterieflachzellen oder Rundzellen, in thermischem Kontakt mit zumindest zwei Phasenwechselmaterialien. Vorzugsweise ist die Phasenwechseltemperatur zumindest eines der Phasenwechselmaterialien die optimale Betriebstemperatur der Batterie oder liegt in deren Nähe.According to the present invention, a battery with an integrated latent heat store is also specified. One or more battery cells, such as flat battery cells or round cells, are in thermal contact with at least two phase change materials. Preferably, the phase change temperature of at least one of the phase change materials is at or near the optimum operating temperature of the battery.

Vorzugsweise steht die Batterie mit zumindest zwei Phasenwechselmaterialien in thermischem Kontakt, die unterschiedliche Phasenwechseltemperaturen haben. Dadurch ist es möglich, bei normalem Batteriebetrieb entstehende Wärme mit jenem Phasenwechselmaterial aufzunehmen, dass die niedrigere Phasenwechseltemperatur hat und für den Fall, dass die Batterie einen Anstieg der erzeugten Wärme verursacht, welche zu einer Erwärmung auf die Phasenwechseltemperatur des zweiten Phasenwechselmaterials führt, diese Wärme zusätzlich im zweiten Phasenwechselmaterial zu speichern.Preferably, the battery is in thermal contact with at least two phase change materials that have different phase change temperatures. This makes it possible to absorb heat generated during normal battery operation with the phase change material that has the lower phase change temperature and, in the event that the battery causes an increase in the heat generated, which leads to heating to the phase change temperature of the second phase change material, this heat in addition to store in the second phase change material.

Es ist bevorzugt, wenn das Phasenwechselmaterial oder die Phasenwechselmaterialien die Batteriezellen zumindest bereichsweise umgeben und besonders bevorzugt in ein Batteriegehäuse der Batterie direkt integriert sind. Die Batteriezellen sind also in die Phasenwechselmaterialien eingebettet und können diese unmittelbar berühren. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn das oder die Phasenwechselmaterialien elektrisch nicht leitend sind, da dann keine weiteren Maßnahmen zur elektrischen Isolierung notwendig sind. Ein besonders bevorzugtes Phasenwechselmaterial ist in diesem Falle Paraffin. Dieses hat auch den Vorteil, dass es Stöße und mechanische Schwingungen sowohl im festen als auch im flüssigen Zustand effektiv dämpft.It is preferred if the phase change material or the phase change materials surround the battery cells at least in regions and are particularly preferably integrated directly into a battery housing of the battery. The battery cells are therefore embedded in the phase change materials and can touch them directly. It is particularly preferred here if the phase change material or materials are not electrically conductive, since no further measures for electrical insulation are then necessary. In this case, a particularly preferred phase change material is paraffin. This also has the advantage that it effectively dampens shocks and mechanical vibrations both in the solid and in the liquid state.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, wo ein Batteriegehäuse mit den Phasenwechselmaterialien gefüllt ist und eine oder mehrere Batteriezellen in dem Batteriegehäuse in die Phasenwechselmaterialien eingebettet sind. Auf diese Weise ist eine sehr direkte Übertragung von Wärme zwischen Batteriezellen und Latentwärmespeicher möglich. Es kann außerdem im oberen Bereich der Batterie eine Kühlvorrichtung eingebaut sein, wie beispielsweise eine Heat-Pipe zur Luftrückkühlung.An embodiment in which a battery housing is filled with the phase change materials and one or more battery cells in the battery housing are embedded in the phase change materials is particularly preferred. In this way, a very direct transfer of heat between battery cells and latent heat storage is possible. A cooling device, such as a heat pipe for air recooling, can also be installed in the upper area of the battery.

Die thermische Kopplung zwischen Phasenwechselmaterialien und Fahrgastinnenraum und/oder Batterie kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Zum einen ist eine Kopplung über wärmeleitende Festkörper oder Flüssigkeiten, also Wärmeleiter, möglich.The thermal coupling between phase change materials and the passenger compartment and/or battery can take place in various ways. On the one hand, a coupling via thermally conductive solids or liquids, i.e. thermal conductors, is possible.

Grundsätzlich funktioniert der Wärmetransport in Festkörpern über Schwingungen der Gitterbausteine. Die Gitterbausteine bewegen sich schneller und sind dadurch energiereicher. Durch Stöße mit den Nachbarteilchen geben sie ihre Energie an weitere Gitterbausteine ab. Die weiteren Gitterbausteine fangen an zu schwingen, bis der gesamte Festkörper erwärmt ist. Die Wärme fließt dabei immer in Richtung des Temperaturgefälles, was entsprechend z. B. die Strecke vom Latentspeicher zum kälteren Fahrgastinnenraum des Fährzeuges sein kann. Metalle leiten besonders gut die Wärme (z. B. Aluminium, Kupfer oder Legierungen, wie AlMgSi0,5) und kombinieren gute Wärmeleitung mit geringem Gewicht und geringen Kosten. Bei Metallen wird die Wärme neben den Gitterschwingungen zusätzlich durch frei bewegliche Ladungsträger, die Elektronen, übertragen, daher ist der Wärmeleitwert besonders hoch.Basically, the heat transport in solids works via vibrations of the lattice building blocks. The lattice building blocks move faster and are therefore more energetic. Through collisions with neighboring particles, they transfer their energy to other lattice building blocks. The other lattice building blocks begin to oscillate until the entire solid is heated. The heat always flows in the direction of the temperature gradient, which corresponds to z. B. can be the route from the latent memory to the colder passenger compartment of the vehicle. Metals are particularly good conductors of heat (e.g. aluminum, copper or alloys such as AlMgSi 0.5 ) and combine good heat conduction with low weight and low cost. With metals, the heat is transferred not only by the lattice vibrations but also by freely moving charge carriers, the electrons, which is why the thermal conductivity is particularly high.

Der Wärmeleiter kann dann vorzugsweise Aluminium, Kupfer, Mangan, Silizium, zumindest eine Legierung dieser Materialien und/oder AlMgSi0,5 aufweisen oder daraus bestehen.The heat conductor can then preferably have or consist of aluminum, copper, manganese, silicon, at least one alloy of these materials and/or AlMgSi 0.5.

Eine andere Möglichkeit der Wärmeleitung besteht im Vorsehen eines Wärmeröhrensystems, wobei Wärmetransportmittel mit geringer Verdampfungstemperatur eingesetzt werden.Another way of conducting heat is to provide a heat pipe system, in which case heat transport means with a low evaporation temperature are used.

Wärmerohre enthalten grundsätzlich ein hermetisch gekapseltes Volumen, meist in Form eines Rohres. Es ist mit einem Arbeitsmedium (z. B. Alkohol) gefüllt, das das Volumen zu einem kleinen Teil in flüssigem, zum größeren Teil in dampfförmigem Zustand ausfüllt. Darin befinden sich je eine Wärmeübertragungsfläche für Wärmequelle und -senke.Heat pipes basically contain a hermetically encapsulated volume, usually in the form of a tube. It is filled with a working medium (e.g. alcohol), which fills the volume to a small extent in a liquid state and to a large extent in a vapor state. It contains a heat transfer surface for the heat source and heat sink.

Bei Wärmeeintrag aus dem Fahrgastinnenraum beginnt das Arbeitsmedium zu verdampfen. Dadurch wird über dem Flüssigkeitsspiegel der Druck im Dampfraum lokal erhöht, was zu einem geringen Druckgefälle innerhalb des Wärmerohrs führt. Der entstandene Dampf strömt deswegen in Richtung Kondensator (z. B. kühlerer Latentspeicher), wo er wegen der niedrigeren Temperatur (Wärmesenke) kondensiert. Dabei wird die zuvor aufgenommene Wärme an den Latentspeicher wieder abgegeben. Das nun flüssige Arbeitsmedium kehrt durch Schwerkraft (z.B. Thermosyphon) bzw. durch die Kapillarkraft (z.B. Heatpipe) wieder zurück zum Verdampfer. Der Vorteil des Einsatzes von Wärmerohren ist der extrem schnelle Wärmetransport. Dieser kann bezogen auf Wärmemenge und Geschwindigkeit bis zum 100 bis 1.000fachen betragen verglichen mit geometrisch gleichen Bauteilen aus massivem Aluminium oder Kupfer. Wärmerohre können erfindungsgemäß Heat-Pipes und/oder Thermosiphons sein.When heat is introduced from the passenger compartment, the working medium begins to evaporate. As a result, the pressure in the vapor space is increased locally above the liquid level, which leads to a low pressure drop within the heat pipe. The resulting vapor therefore flows in the direction of the condenser (e.g. cooler latent storage), where it condenses due to the lower temperature (heat sink). The previously absorbed heat is released back to the latent storage. The now liquid working medium returns to the evaporator by gravity (e.g. thermosyphon) or by capillary force (e.g. heat pipe). The advantage of using heat pipes is the extremely fast heat transport. In relation to the amount of heat and speed, this can be up to 100 to 1,000 times higher than with geometrically identical components made of solid aluminum or copper. According to the invention, heat pipes can be heat pipes and/or thermosiphons.

Die Erfindung macht es u.a. möglich, den Latentwärmespeicher eines Fahrzeugs in der kalten Jahresperiode parallel zur elektrischen Aufladung der Batterie thermisch zu beladen, um eine Heizung im Fahrzeug zu haben.The invention makes it possible, among other things, to thermally charge the latent heat accumulator of a vehicle in the cold season in parallel with the electrical charging of the battery in order to have a heater in the vehicle.

Dabei kann die Batterie zusätzlich im günstigen Arbeitstemperaturbereich gehalten werden und die Abwärme der Batterie in die Heizung des Fahrgastinnenraumes eingespeist werden.The battery can also be kept in the favorable working temperature range and the waste heat from the battery can be fed into the heating of the passenger compartment.

Hierdurch muss die wertvolle elektrische Energie während der Fahrt nicht aus der Batterie verwendet werden.As a result, the valuable electrical energy does not have to be used from the battery while driving.

Die Batterietemperierung kommt der Batterielebensdauer und Batterieperformance zugute.Battery temperature control benefits battery life and battery performance.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Beispiele näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below using a few examples.

Es zeigt

  • 1 einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Batterie, die über einen Latentwärmespeicher temperierbar ist;
  • 2 einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Batterie mit einem Luft-Wärmetauscher zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes; und
  • 3 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
It shows
  • 1 an exemplary structure of a battery according to the invention, which can be temperature-controlled via a latent heat storage device;
  • 2 an exemplary structure of a battery according to the invention with an air heat exchanger for air conditioning a vehicle interior; and
  • 3 the schematic structure of a vehicle according to the invention.

Zunächst sollen vier Situationen gezeigt werden, in welchen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen anwendbar sind.First, four situations are to be shown in which the method according to the invention and the devices according to the invention can be used.

In einer ersten Situation steht das Fahrzeug zum Laden der Batterie während der Fahrgastinnenraum beheizt wird.In a first situation, the vehicle is stationary to charge the battery while the passenger compartment is being heated.

Beim Ladevorgang der Batterie über das Ladegerät - es handelt sich z. B. um einen 12 V Serviceanschluss des Ladegerätes, oder die zur Versorgung notwendige Spannung wird über den im Fahrzeug integrierten DC/DC-Wandler eingestellt bzw. das Ladegerät ist auf die notwendige Ladespannung eingestellt - wird gleichzeitig die Wärmeenergie für den Latentwärmespeicher zugeführt, die Antriebsbatterie auf optimale Temperatur gebracht und der Fahrgastraum durch den Nutzer auf einen voreingestellten Temperaturwert temperiert (gekühlt oder geheizt). Der Latentspeicher ist sehr gut isoliert, um die Wärme nicht permanent an die Umgebung abzugeben und eventuell über längere Perioden (z. B. über Nacht) zu speichern.When charging the battery via the charger - it is z. B. a 12 V service connection of the charger, or the voltage required for the supply is set via the DC/DC converter integrated in the vehicle or the charger is set to the required charging voltage - the heat energy for the latent heat storage device, the drive battery, is supplied at the same time brought to the optimum temperature and the passenger compartment tempered to a preset temperature value (cooled or heated) by the user. The latent storage is very well insulated so that the heat is not permanently released into the environment and may be stored for longer periods (e.g. overnight).

Ist der Ladevorgang an der Batterie beendet, hat das Ladegerät die zusätzliche Aufgabe/Funktion, die Temperatur auf den im Fahrzeug durch den Nutzer voreingestellten Wert und die Batterie auf der optimalen Betriebstemperatur von z. B. 25°C. zu halten.When the battery charging process is complete, the charger has the additional task/function of reducing the temperature to the value preset by the user in the vehicle and the battery to the optimal operating temperature of e.g. 25°C. to keep.

Eine zweite Situation ist die Heizung des Fahrgastinnenraums, während das Elektrofahrzeug in Betrieb ist.A second situation is the heating of the passenger compartment while the electric vehicle is in operation.

Bei diesem Betriebsmodus gibt der Latentspeicher bzw. das Phasenwechselmaterial die Wärme über eine Wärmekopplung über Festkörperübergänge gesteuert an den Fahrgastinnenraum ab. Die Steuerung über Festkörperübergänge kann über verschiedene Stärken der Auflageflächen zwischen zwei Übergängen oder über die Querschnitte von Wärmeleitungen erfolgen.In this operating mode, the latent storage or the phase change material releases the heat to the passenger compartment in a controlled manner via thermal coupling via solid-state transitions. The control via solid transitions can take place via different thicknesses of the contact surfaces between two transitions or via the cross sections of heat pipes.

Die Abwärme der Batterie, die beim Betrieb entsteht, wird genutzt, um Wärmeenergie an den Latentspeicher ebenfalls über eine Wärmekopplung zuzuführen. Bei Pausen (Parken zum Einkaufen, Arbeitszeiten usw.), wenn keine Verbindung über das Ladegerät besteht, speichert das Phasenwechselmaterial die Wärmeenergie bevorzugt durch eine zusätzliche Isolierung besonders gut und vermindert das Abkühlen der Batterie durch entsprechende Wärmerückspeisung. Bei der Wärmeabgabe an den Festkörper oder an die Umgebung ändert sich das verwendete Mittel im Latentspeicher vom Aggregatszustand flüssig zu festem Aggregatszustand.The waste heat from the battery, which is generated during operation, is used to supply thermal energy to the latent storage, also via thermal coupling. During breaks (parking for shopping, working hours, etc.), when there is no connection via the charger, the phase change material stores the thermal energy particularly well through additional insulation and reduces the cooling of the battery through appropriate heat feedback. When heat is released to the solid body or to the environment, the agent used in the latent storage changes from a liquid to a solid state of aggregation.

Eine dritte Beispielsituation ist jene des stehenden Fahrzeugs, welches geladen wird, wobei der Fahrgastinnenraum gekühlt wird.A third example situation is that of the stationary vehicle being charged, with the passenger compartment being cooled.

Beim Ladevorgang kann die Kühlung des Fahrzeuges entweder durch einen Kühleraufbau mit Kompressor, Kondensator und Verdampfen verwirklicht werden, wobei die Energie zur Kühlung vom Ladegerät zugeführt wird oder die Wärme über Wärmerröhren und/oder Heatpipes aus dem Fahrgastinnenraum zum Latentspeicher oder zum Verdampfer aus dem Fahrgastinnenraum abgeführt wird. Das Temperaturgefälle zum schnellen Wärmeabtransport entsteht dabei durch eine Wärmesenke z. B. durch den Wärmeunterschied zum Latentspeicher oder durch Betrieb eines Kondensatorlüfters am Ende der Heatpipe.During the charging process, the vehicle can be cooled either by a cooler assembly with compressor, condenser and evaporator, whereby the energy for cooling is supplied by the charger or the heat is dissipated from the passenger compartment via warmer tubes and/or heat pipes to the latent storage or to the evaporator from the passenger compartment will. The temperature gradient for rapid heat dissipation is created by a heat sink, e.g. B. by the heat difference to the latent storage or by operating a condenser fan at the end of the heat pipe.

Als vierte Beispielsituation soll jene des Fahrzeugs in Betrieb beschrieben werden, dessen Fahrgastinnenraum gekühlt wird.As a fourth exemplary situation, that of the vehicle in operation will be described, the passenger compartment of which is being cooled.

An heißen Tagen und bei Temperaturen, die oberhalb des Komfortbereiches liegen, kann der Latentspeicher zur Verringerung der Erwärmung durch die eigene Wärmekapazität beitragen. Zusätzlich kann ein Kühleffekt durch einen Wärmeabtransport aus dem Fahrgastinnenraum über ein eingebautes Wärmeröhrensystem erfolgen, wobei zum Wärmetransport Mittel mit geringer Verdampfungstemperatur eingesetzt werden.On hot days and at temperatures that are above the comfort range, the latent storage can contribute to reducing the warming through its own heat capacity. In addition, a cooling effect can be achieved by transporting heat away from the passenger compartment via a built-in heat pipe system, with means with a low evaporation temperature being used to transport heat.

Bei Pausen (Parken zum Einkaufen, Arbeitszeiten usw.), wenn keine Verbindung über das Ladegerät besteht, speichert der Latentspeicher die Wärmeenergie durch eine optimale Isolation des Speichers, der bei Wiederaufnahme des Betriebs wieder für Kühlung im Fahrgastinnenraum sorgt.During breaks (parking for shopping, working hours, etc.) when there is no connection via the charger, the latent storage stores the thermal energy through optimal insulation of the storage, which provides cooling in the passenger compartment again when operation resumes.

Die Größe (Kapazität) des Latentspeichers ist so optimiert, dass für typische Fahrstrecken die Temperatur des Fahrgastraumes trotz geringer Außentemperatur auf angenehme Fahrtemperatur (z. B. von 18 °C bis 25 °C) geregelt werden kann.The size (capacity) of the latent storage is optimized in such a way that the temperature in the passenger compartment can be regulated to a comfortable driving temperature (e.g. from 18 °C to 25 °C) for typical routes despite the low outside temperature.

1 zeigt ein Beispiel für eine Batterie, in welcher ein Latentwärmespeicher integriert ist. Hierbei ist ein erstes Phasenwechselmaterials 2 sowie ein in diesem ersten Phasenwechselmaterial emulgiertes oder mikrogekapseltes zweites Phasenwechselmaterial 3 in einem Batteriegehäuse 1 untergebracht. In die Phasenwechselmaterialien 2 und 3 sind eine Vielzahl von Batteriezellen 4 eingebettet. Da das erste Latentwärmespeichermaterial 2 eine hohe Wärmekapazität hat, bleibt die Temperatur der Batterie lange Zeit im optimalen Bereich, beispielsweise 25 °C. Das zweite Phasenwechselmaterial 3 kann beispielsweise durch mikrogekapselte Paraffine gebildet werden, die eine andere Phasenwechseltemperatur haben als das erste Phasenwechselmaterial 2, beispielsweise 38 °C. Nach einem Schmelzen des ersten Phasenwechselmaterials 2 kann die Temperatur durch Konvektion von der Wärmequelle, also beispielsweise den Batteriezellen, zum Rückkühler transportiert werden, der beispielsweise Wärme zum Fahrgastraum transportieren kann und so zur Temperaturkonditionierung des Fahrgastraums dienen kann. 1 shows an example of a battery in which a latent heat storage device is integrated. In this case, a first phase change material 2 and a second phase change material 3 emulsified or microencapsulated in this first phase change material are accommodated in a battery housing 1 . A multiplicity of battery cells 4 are embedded in the phase change materials 2 and 3 . Since the first latent heat storage material 2 has a high thermal capacity, the temperature of the battery remains in the optimum range, for example 25° C., for a long time. The second phase change material 3 can be formed, for example, by microencapsulated paraffins, which have a different phase change temperature than the first phase change material 2, for example 38°C. After the first phase change material 2 has melted, the temperature can be transported by convection from the heat source, for example the battery cells, to the recooler, which can transport heat to the passenger compartment, for example, and can thus be used for temperature conditioning of the passenger compartment.

Für Wärmespitzen an der Batterie, also zeitweise Wärmeschübe, ist das zweite Phasenwechselmaterial 3 vorgesehen. Durch die während eines Wärmeschubs auftretende höhere Temperatur wird das zweite Phasenwechselmaterial 3 geschmolzen und so eine Kühlung erreicht.The second phase change material 3 is provided for heat peaks at the battery, ie temporary heat surges. Due to the higher temperature occurring during a thermal surge, the second phase change material 3 is melted and cooling is thus achieved.

2 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Batterie mit einem Luft-Wärmetauscher 5 zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraumes. Der Luft-Wärmetauscher 5 ist hierbei oberhalb der Batteriezellen 4 und des Latentwärmespeichers 2 angeordnet. Der Luft-Wärmetauscher 5 ist mit den Phasenwechselmaterialien 2 über eine Vielzahl von Heat Pipes 7 thermisch kontaktiert. Wie auch in 1, sind die Batteriezellen 4 in die Latentwärmespeichermaterialien 2 eingebettet und von diesen umgeben. Wie auch in 1, kann hier das Latentwärmespeichermaterial 2 ein Phasenwechsel-Wärmespeichermedium sein, in welchem zwei verschiedene Phasenwechselmaterialien mit unterschiedlichen Phasenwechseltemperaturen vorliegen, wobei das eine Phasenwechselmaterial in das andere eingemischt oder gekapselt ist. Es kann auch ein Phasenwechselmaterial in einem Trägermedium vorliegen. 2 shows an exemplary structure of a battery according to the invention with an air heat exchanger 5 for air conditioning a vehicle interior. The air heat exchanger 5 is here arranged above the battery cells 4 and the latent heat storage device 2 . The air heat exchanger 5 is in thermal contact with the phase change materials 2 via a large number of heat pipes 7 . as well as in 1 , The battery cells 4 are embedded in the latent heat storage materials 2 and surrounded by them. as well as in 1 , here the latent heat storage material 2 can be a phase change heat storage medium in which two different phase change materials with different phase change temperatures are present, with one phase change material in the other is mixed in or encapsulated. A phase change material can also be present in a carrier medium.

Unterhalb der Batteriezellen 4 kann außerdem eine Heizvorrichtung 8 vorgesehen sein, mit welcher das Phasenwechselmaterial 2 von außen erwärmbar ist. Hierdurch kann das Phasenwechselmaterial, beispielsweise während eines Ladevorgangs der Batterie, vorgewärmt werden. Die Batteriezellen 4 sowie das sie umgebende Phasenwechselmaterial 2 und die Heizvorrichtung 8 sind innerhalb des Batteriegehäuses untergebracht, welches nach außen über eine thermische Isolierung 6 gegenüber der Umgebung isoliert ist. Auf diese Weise erwärmt sich die Batterie nicht durch Wärmezufuhr von außen und kühlt nicht durch Wärmeabfluss nach außen ab.A heating device 8 can also be provided underneath the battery cells 4, with which the phase change material 2 can be heated from the outside. In this way, the phase change material can be preheated, for example during a charging process of the battery. The battery cells 4 and the phase change material 2 surrounding them and the heating device 8 are accommodated within the battery housing, which is insulated from the environment by thermal insulation 6 . In this way, the battery does not heat up due to heat input from the outside and does not cool down due to heat dissipation to the outside.

Über den Luft-Wärmetauscher 5 kann Wärme zwischen dem Inneren der Batterie und beispielsweise dem Fahrgastinnenraum eines Fahrzeugs ausgetauscht werden, so dass wechselseitige Temperierung möglich ist.Heat can be exchanged between the interior of the battery and, for example, the passenger compartment of a vehicle via the air heat exchanger 5, so that mutual temperature control is possible.

3 zeigt ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 11, welches beispielsweise ein Elektrofahrzeug 11 sein kann. Das Fahrzeug 11 weist eine Batterie 1 auf, welche z.B. wie vorstehend beschrieben ausgestaltet sein kann. Das Fahrzeug 11 weist außerdem einen Fahrgastinnenraum 9 auf. Die Batterie 1 und der Fahrgastinnenraum 9 sind mittels einer Temperierungsvorrichtung, welche einen Latentwärmespeicher 10 mit zumindest einem Phasenwechselmaterial 2 aufweist, temperierbar. Hierbei erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Phasenwechselmaterial 2 und der Batterie 1 über ein Element 12 zur Herstellung eines thermischen Kontaktes. Ein Wärmeaustausch zwischen dem Fahrgastinnenraum 9 und dem Phasenwechselmaterial 2 erfolgt über ein weiteres
Element 13 zur Herstellung eines thermischen Kontaktes. Die Elemente zur Herstellung eines thermischen Kontaktes 12 und 13 sowie der Latentwärmespeicher 10 mit dem zumindest einen Phasenwechselmaterial 2 bilden eine Temperierungsvorrichtung für das Fahrzeug 11. Die Elemente 12 und 13 können beispielsweise Wärmeleiter, Heat-Pipes, Thermosiphons und/oder Elemente zur konvektiven Wärmeübertragung sein.
3 shows an example of a vehicle 11 according to the invention, which can be an electric vehicle 11, for example. The vehicle 11 has a battery 1, which can be designed, for example, as described above. The vehicle 11 also has a passenger compartment 9 . The temperature of the battery 1 and the passenger compartment 9 can be controlled by means of a temperature control device which has a latent heat store 10 with at least one phase change material 2 . Here, a heat exchange takes place between the phase change material 2 and the battery 1 via an element 12 for establishing a thermal contact. A heat exchange between the passenger compartment 9 and the phase change material 2 takes place via another
Element 13 for making a thermal contact. The elements for establishing a thermal contact 12 and 13 and the latent heat accumulator 10 with the at least one phase change material 2 form a temperature control device for the vehicle 11. The elements 12 and 13 can be, for example, heat conductors, heat pipes, thermosiphons and/or elements for convective heat transfer .

Es ist darüber hinaus möglich, dass die Batterie 1 und/oder der Fahrgastinnenraum 9 durch von einem Ladegerät 14 bereitgestellte Spannung auf eine vorgegebene Temperatur temperiert, geheizt oder gekühlt wird. Über das Ladegerät 14 kann gegebenenfalls auch direkt das Phasenwechselmaterial 2 geheizt oder gekühlt werden.It is also possible for the battery 1 and/or the passenger compartment 9 to be tempered, heated or cooled to a predetermined temperature by a voltage provided by a charger 14 . The phase change material 2 can optionally also be heated or cooled directly via the charging device 14 .

Claims (11)

Fahrzeug (11) mit zumindest einer Batterie (1) und zumindest einem Fahrgastinnenraum (9) sowie mit zumindest einer Temperierungsvorrichtung, wobei die Temperierungsvorrichtung zumindest ein Phasenwechselmaterial (2) aufweist, das mit einem Fahrgastinnenraum (9) des Fahrzeugs (11) und mit einer Batterie (1) des Fahrzeugs (11) thermisch gekoppelt ist, so dass ein Wärmeaustausch zwischen ihnen möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung zumindest zwei der Phasenwechselmaterialien aufweist, wobei eines der Phasenwechselmaterialien (3) im anderen der Phasenwechselmaterialien (2) eingemischt und/oder emulgiert ist, und das in das andere Phasenwechselmaterial (2) eingemischte oder emulgierte Phasenwechselmaterial (3) mikrogekapselt ist, mittels einer Kunststoffkapselung zu Kapseln mit einem Durchmesser ≤ 30 µm und/oder ≥ 2 µm.Vehicle (11) with at least one battery (1) and at least one passenger compartment (9) and with at least one temperature control device, wherein the temperature control device has at least one phase change material (2) which is connected to a passenger compartment (9) of the vehicle (11) and to a The battery (1) of the vehicle (11) is thermally coupled so that heat can be exchanged between them, characterized in that the temperature control device has at least two of the phase change materials, one of the phase change materials (3) being mixed into the other of the phase change materials (2) and /or is emulsified, and the phase change material (3) mixed or emulsified in the other phase change material (2) is microencapsulated by means of a plastic encapsulation to form capsules with a diameter of ≦30 μm and/or ≧2 μm. Fahrzeug (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung zur Herstellung des thermischen Kontaktes ein oder mehrere Elemente (12, 13) ausgewählt aus: zumindest einem Wärmeleiter, zumindest einem Thermosiphon, zumindest einer Heat-Pipe und/oder zumindest einem konvektiven Wärmeübertrager aufweist.Vehicle (11) after claim 1 , characterized in that the temperature control device for producing the thermal contact has one or more elements (12, 13) selected from: at least one heat conductor, at least one thermosiphon, at least one heat pipe and/or at least one convective heat exchanger. Fahrzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenwechseltemperatur zumindest eines der Phasenwechselmaterialien (2, 3) einer Betriebstemperatur der Batterie (1) entspricht oder zu dieser im Wesentlichen gleich ist oder einer einzustellenden Fahrgastinnenraumtemperatur entspricht oder zu dieser im Wesentlichen gleich ist.Vehicle (11) according to one of the preceding claims, characterized in that a phase change temperature of at least one of the phase change materials (2, 3) corresponds to an operating temperature of the battery (1) or is essentially the same or corresponds to a passenger compartment temperature to be set or is essentially the same is equal to. Fahrzeug (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Phasenwechselmaterialien (2, 3) mit unterschiedlichen Phasenwechseltemperaturen vorgesehen sind, wobei vorzugsweise die Phasenwechseltemperatur eines der Phasenwechselmaterialien (2, 3) ≥ 0 °C und/oder ≤ 200 °C ist und die Phasenwechseltemperatur des anderen Phasenwechselmaterials (2, 3) ≥ 50 °C und/oder ≤ 400 °C ist.Vehicle (11) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two phase change materials (2, 3) with different phase change temperatures are provided, the phase change temperature of one of the phase change materials (2, 3) preferably being ≥ 0 °C and/or ≤ 200 °C C and the phase change temperature of the other phase change material (2, 3) is ≥ 50 °C and/or ≤ 400 °C. Verfahren zum Temperieren eines Fahrgastinnenraums und zumindest einer Batterie eines Fahrzeugs nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fahrgastinnenraum (9) geheizt wird, indem Wärme aus einem Phasenwechselmaterial (2) in den Fahrgastinnenraum (9) geleitet wird und/oder der Fahrgastinnenraum (9) gekühlt wird, indem Wärme aus dem Fahrgastinnenraum (9) in das Phasenwechselmaterial (2) geleitet wird, und wobei die Batterie (1) geheizt wird, indem Wärme aus dem Phasenwechselmaterial (2) zur Batterie (1) geleitet wird und/oder die Batterie (1) gekühlt wird, indem Wärme aus der Batterie (1) in das Phasenwechselmaterial (2) geleitet wird.Method for tempering a passenger compartment and at least one battery of a vehicle according to one of the preceding claims, wherein the passenger compartment (9) is heated by heat from a phase change material (2) being conducted into the passenger compartment (9) and/or the passenger compartment (9) is cooled by conducting heat from the passenger compartment (9) into the phase change material (2), and the battery (1) is heated by conducting heat from the phase change material (2) to the battery (1). and/or the battery (1) is cooled by conducting heat from the battery (1) into the phase change material (2). Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Phasenwechselmaterial (2) während eines Ladevorgangs der Batterie (1) Wärme zugeführt wird, die durch eine von außen an das Fahrzeug angeschlossene Spannungsquelle (14) erzeugt wird.Method according to the preceding claim, characterized in that heat is supplied to the phase change material (2) during a charging process of the battery (1), which heat is generated by a voltage source (14) connected externally to the vehicle. Batterie eines Fahrzeugs mit mindestens einer Batteriezelle (4) sowie mit zumindest einem Latentwärmespeicher, der zumindest zwei Phasenwechselmaterialien (2, 3) aufweist, welche mit der zumindest einen Batteriezelle (4) in thermischem Kontakt stehen, wobei eines der Phasenwechselmaterialien (3) im anderen der Phasenwechselmaterialien (2) eingemischt und/oder emulgiert ist, wobei das in das andere Phasenwechselmaterial (2) eingemischte oder emulgierte Phasenwechselmaterial (3) mikrogekapselt ist, mittels einer Kunststoffkapselung zu Kapseln mit einem Durchmesser ≤ 30 µm und/oder ≥ 2 µm.Battery of a vehicle with at least one battery cell (4) and with at least one latent heat store which has at least two phase change materials (2, 3) which are in thermal contact with the at least one battery cell (4), one of the phase change materials (3) in the other of the phase change materials (2) is mixed in and/or emulsified, with the phase change material (3) mixed or emulsified in the other phase change material (2) being microencapsulated, by means of a plastic encapsulation to form capsules with a diameter ≦30 μm and/or ≧2 μm. Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenwechseltemperatur zumindest eines der Phasenwechselmaterialien (2, 3) einer Betriebstemperatur der Batterie (1) entspricht oder zu dieser im Wesentlichen gleich ist.battery after claim 7 , characterized in that a phase change temperature of at least one of the phase change materials (2, 3) corresponds to an operating temperature of the battery (1) or is substantially the same. Batterie nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Phasenwechselmaterialien (2, 3) mit unterschiedlichen Phasenwechseltemperaturen vorgesehen sind, wobei vorzugsweise die Phasenwechseltemperatur eines der Phasenwechselmaterialien (2, 3) ≥ 0 °C und/oder ≤ 200 °C ist und die Phasenwechseltemperatur des anderen Phasenwechselmaterials (2, 3) ≥ 50 °C und/oder ≤ 400 °C ist.battery after claim 7 or 8th , characterized in that at least two phase change materials (2, 3) are provided with different phase change temperatures, the phase change temperature of one of the phase change materials (2, 3) preferably being ≥ 0 °C and/or ≤ 200 °C and the phase change temperature of the other phase change material ( 2, 3) ≥ 50 °C and/or ≤ 400 °C. Batterie nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Phasenwechselmaterialien (2, 3) oder der Latentwärmespeicher die zumindest eine Batteriezelle (4) zumindest teilweise umgibt und/oder direkt kontaktiert.battery after one of Claims 7 until 9 , characterized in that at least one of the phase change materials (2, 3) or the latent heat storage device at least partially surrounds and/or directly contacts the at least one battery cell (4). Batterie nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) eine Kühlvorrichtung (5) aufweist, die vorzugsweise in einem oberen Bereich der Batterie angeordnet ist und bevorzugt eine Heat-Pipe zur Luftrückkühlung aufweist.battery after one of Claims 7 until 10 , characterized in that the battery (1) has a cooling device (5) which is preferably arranged in an upper region of the battery and preferably has a heat pipe for air recooling.
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