(57)【要約】【課題】少なくとも1つのバッテリ要素（81）を有するバッテリシステム（80）の温度制御のための温度制御装置（1）及び少なくとも1つのバッテリ要素（81）と温度制御装置（1）とを備えるバッテリシステム（80）を提供する。【解決手段】温度制御装置（1）は、流れ方向（71）に温度制御流体（70）を導くための温度制御ライン（2）を有し、温度制御ライン（2）は、流れ部（10）と、戻り部（20）と、第1の温度制御ブランチ（30）と、第2の温度制御ブランチ（40）と、を備え、第1の温度制御ブランチ（30）は、流れ部（10）に流体連通する第1の流入開口（31）と、戻り部（20）に流体連通する第1の流出開口とを備え、第2の温度制御ブランチ（40）は、流れ部（10）に流体連通する第2の流入開口（31）と、戻り部（20）に流体連通する第2の流出開口とを備え、第1の温度制御ブランチ（30）と第2の温度制御ブランチ（40）は、互いに流体機能的に並列に接続され、それぞれ、バッテリシステム（80）のバッテリ要素（81）を温度制御するための温度制御部（60）を有する。【選択図】図１
2020528647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリシステム（80）の温度制御のための温度制御装置（1）であって、少なくとも1つのバッテリ要素（81）を有し、前記温度制御装置（1）が温度制御流体（70）を流れ方向（71）に導くための温度制御ライン（2 ）を備え、前記温度制御ライン（2 ）は流れ部（10）と、戻り部(20)と、第1の温度制御ブランチ(30)と、第2の温度制御ブランチ（40）と、を備え、前記第１の温度制御ブランチ(30)は前記流れ部(10)に流体連通接続する第1の流入開口(31)と前記戻り部に流体連通接続する第1の流出開口(32）を備え、前記第2の温度制御ブランチ(40)は前記流れ部(10)に流体連通接続する第2の流入開口(41)と前記戻り部に流体連通接続する第2の流出開口(42）を備え、前記第１の温度制御ブランチ(30)及び前記第2の温度制御ブランチ(40)は互いに流体機能が並行に接続され、前記第１の温度制御ブランチ(30)及び前記第2の温度制御ブランチ(40）はそれぞれ前記バッテリ要素（81）の温度制御のための温度制御部(60)を備え、前記第2の温度制御ブランチ（40）の前記第2の流入開口（41）は、前記第１の温度制御ブランチ（30）の前記第1の流入開口（31）よりも前記流れ部（10）の流れ方向（71）の下流側に配置され、前記第2の温度制御ブランチ（40）の前記第2の流出開口（42）は、前記第１の温度制御ブランチ（30）の前記第1の流出開口（41）よりも前記戻り部（20）の流れ方向(71)の下流に配置される、温度制御装置（1）。
【請求項２】
前記温度制御ライン（2）は、前記流れ部（10）に連通する第3の流入開口（51）と、前記戻り部（20）に連通する第3の流出開口（52）とを有する少なくとも1つの第3の温度制御ブランチ（50）を有し、前記第3の温度制御ブランチ（50）の前記第3の流入開口（51）は、前記流れ部（10）における流れ方向(71)に対して、前記第1の温度制御ブランチ（30）の前記第1の流入開口（31）の下流であって、前記第2の温度制御ブランチ（40）の前記第2の流入開口（41）の上流に配置され、前記第3の温度制御ブランチ（50 )の前記流出開口（52は）戻り部（20）の流れ方向（71）に対して、前記第1の温度制御ブランチ（30）の前記第1の流出開口(32)の下流であって、前記第2の温度制御ブランチ（40）の前記第2の流出開口(42)の上流に配置された、請求項1に記載の温度制御装置（1）。
【請求項３】
前記温度制御ライン（2）の2つの温度制御ブランチ（30、40、50）に対して、前記流れ部（10）の前記2つの温度制御ブランチ（30、40、50）の流入開口（31、41、51）の流れ距離（12）と、前記戻り部（20）の前記2つの温度制御ブランチ（30、40、50）の流出開口（32、42、52）の戻り距離（22）とが、等しい長さまたは少なくとも実質的に等しい長さであることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の温度制御装置（1）。
【請求項４】
前記流れ部（10）は、流れ開始部（11）を有し、前記戻り部（20）は、戻り流（21）を有し、流れ方向（71）に対して、前記流れ部（10）が前記温度制御ブランチ（30、40、50）の1つに流体連通接続する前に前記流れ開始部（11）を配置し、流れ方向（71）に対して、前記温度制御ブランチ（30、40、50）の1つに戻り部（20）が流体連通接続した後に前記戻り流（21）が配置され、さらに、前記流れ開始部（11）と前記戻り流（21）との間の流路(6)はすべての温度制御ブランチ（30、40、50）に対して等しい長さまたは少なくとも実質的に等しい長さであることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の温度制御装置（1）。
【請求項５】
前記温度制御ライン（2）は、流れる温度制御流体（70）の圧力および／または体積流量を調整するための少なくとも1つの絞り装置（5）を有し、前記少なくとも1つの絞り装置（5）は、前記流れ部（10）および／または前記温度制御部（60）の上流の温度制御ブランチ（30、40、50）および／または前記温度制御部（60）の下流の温度制御ブランチ（30、40、50）および／または戻り部（20）に配置されることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の温度制御装置（1）。
【請求項６】
前記流れ部（10）は、前記温度制御ブランチ（30、40、50）の流入開口（31、41、51）に流体連通接続するための少なくとも2つの流れ分岐（14）を備え、前記戻り部（20）は、前記温度制御ブランチ（30、40、50）の流出開口（32、42、52）に流体連通接続するための少なくとも2つの戻り分岐（24）を備えることを特徴とする、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の温度制御装置（1）。
【請求項７】
温度制御ブランチ（30、40、50）の流入開口（31、41、51）が、前記流れ部（10）の共通の分岐開口部（13）に流体連通するように接続され、および／または温度制御ブランチ（30、40、50）の流出開口（32、42、52）が、前記流れ部（10）の共通の合流開口（23）に流体連通するように接続されることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の温度制御装置（1）。
【請求項８】
前記温度制御装置（1）は、前記温度制御ライン（2）内の前記温度制御流体（70）に前記流れ方向（71）への流れを発生させるためのポンプ装置（3）を有することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の温度制御装置（1）。
【請求項９】
前記温度制御装置（1）は、前記温度制御流体（70）から熱エネルギーを除去するための熱交換器（4）を有し、前記熱交換器（4）は、前記温度制御ライン（2）内で前記流れ方向（71）において、前記戻り部（20）の後方で前記温度制御流体に接続するように配置されていることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の温度制御装置（1）。
【請求項１０】
少なくとも1つのバッテリ要素（81）と、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の温度制御装置（1）と、を備えることを特徴とする、バッテリシステム（80）。
【請求項１１】
前記バッテリシステム（80）は、少なくとも2つのバッテリ要素（81）を有し、前記温度制御装置（1）の少なくとも1つの温度制御ブランチ（30、40、50）は、前記少なくとも2つのバッテリ要素（81）の各々に割り当てられていることを特徴とする請求項10に記載のバッテリシステム（80）。
【請求項１２】
前記バッテリ要素（81）にそれぞれ割り当てられた温度制御ブランチ（30、40、50）は、流体機能的に並列に接続され、前記少なくとも2つのバッテリ要素（81）は、電気的に直列に接続されることを特徴とする、請求項11に記載のバッテリシステム（80）。
【請求項１３】
前記少なくとも1つのバッテリ要素（81）が、以下の要素のうちの1つとして形成されることを特徴とする、請求項10〜請求項12のいずれか1項に記載のバッテリシステム（80）。
- バッテリセル
- バッテリセルのグループ
- バッテリレベル
- バッテリレベルのグループ
- バッテリスタック
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも1つのバッテリ要素を有するバッテリシステムを温度制御するための温度制御装置に関し、温度制御装置は、流れ方向に温度制御流体を導くための温度制御ラインを含み、温度制御ラインは、流れ部と、戻り部と、第1の温度制御ブランチと、第2の温度制御ブランチとを含み、第1の温度制御ブランチは、前記流れ部に流体連通して接続される第1の流入開口と、前記戻り部に流体連通して接続される第1の流出開口とを含み、前記第2の温度制御ブランチは、前記流れ部に流体連通して接続される第2の流入開口と、前記戻り部に流体連通して接続される第2の流出開口とを含み、さらに、前記第1の温度制御ブランチおよび前記第2の温度制御ブランチは互いに流体機能が並行に接続され、各々が前記バッテリシステムのバッテリ要素を温度制御する温度制御部を備える。さらに、本発明は、少なくとも1つのバッテリ要素と温度制御装置とを備えるバッテリシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギー貯蔵装置は、現代の技術、例えば電気自動車において広く使用されている。このようなエネルギー貯蔵の可能な形態は、例えば、リチウムイオン電池である。このようなバッテリの性能を高めるために、例えば、いくつかの個々のバッテリ要素、特にバッテリセルが、1つのバッテリレベルで電気的に並列に接続されることが知られている。さらなる増加を達成するために、これらのバッテリレベルのうちの2つ以上を直列に接続してバッテリスタックを形成することができる。特に、個々のバッテリレベルは、互いの上に配置され、電気的に接続されることができる。
【０００３】
バッテリシステムの動作中、熱の発生は、通常、無視できない。しかし、バッテリシステムの温度が低すぎると、バッテリシステムの有効な動作が妨げられる。したがって、バッテリシステム、特にバッテリシステムの個々のバッテリ要素の温度制御は、通常、不可避である。温度制御装置の存在によって、バッテリ要素またはバッテリシステム全体への熱損傷を回避することができる。周知の温度制御装置は、しばしば、温度制御流体が一方の流れ方向に流れる温度制御ラインを有する。温度制御ライン、例えば、温度制御ラインの温度制御部と、バッテリシステムの個々のバッテリ要素との間の熱伝導接続によって、熱エネルギー、言い換えれば、バッテリ要素からの廃熱は、温度制御流体によって吸収され、バッテリ要素から離れて運ばれることができ、または、温度制御流体によってバッテリサブシステムに輸送され、バッテリサブシステムに伝達されることができる。
【０００４】
いくつかのバッテリ要素を有するバッテリシステムの温度制御のための公知の温度制御装置は、最新技術によれば、温度制御ラインがバッテリシステムの少なくとも1つの部分またはバッテリシステム全体を通って湾曲して延在することを提供することができる。このようにして、バッテリシステムの多くの、好ましくは全ての領域に温度制御ラインが到達することができ、それによって、温度制御装置の温度制御能力をバッテリシステム全体に分散して提供することができる。しかしながら、温度制御ラインのこのような湾曲した形状の配置の欠点は、温度制御流体の温度が、温度制御流体の流れ方向におけるバッテリ要素からの、またはバッテリ要素への熱エネルギーの吸収または放出のために、連続的に上昇または低下し、その結果、このような温度制御デバイスの温度制御性能が、温度制御ラインに沿ってますます減少することである。
【０００５】
最先端の温度制御装置によるさらなる実施形態では、代替的に、温度制御ラインがいくつかの温度制御ブランチに分割されることが知られている。温度制御ブランチは、温度制御ラインの流れ部から分岐し、戻り部に戻り、流れ部および戻り部における温度制御流体の流れ方向が実質的に反対であり、その結果、流れ部、それぞれの温度制御ブランチ、および戻り部を通る温度制御流体の個々の流路が、少なくとも概略的に実質的にU字形になることが、従来技術によってさらに知られている。個々の流路の温度制御ブランチは、共通の流路部と共通の戻り部とから分岐し、それらが積み重ねられて互いに合流するようになっている。このようにして、個々の温度制御ブランチを、少なくとも実質的に同じ温度を有する温度制御流体で動作させることができ、その結果、湾曲形状に配置された個々の温度制御ラインと比較して、温度制御性能を向上させることができる。しかしながら、U字形流路のこの配置は、個々の温度制御ブランチの長さを著しく異ならせ、その結果、個々の温度制御ブランチ内の温度制御流体の圧力および／または体積流量は、自動的に著しく異なり得る。温度制御装置の最新技術によるこの実施形態でさえ、個々の温度制御ブランチにおける温度性能に著しい差があり得る。その結果、個々のバッテリ要素に対してバッテリシステム内で異なる温度が生じる可能性がある。これは、バッテリシステム内の個々のバッテリ要素の異なる経年劣化率につながる可能性があり、ひいては、バッテリシステム全体の耐用年数を短縮する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、上述の欠点を少なくとも部分的に改善することである。特に、本発明の目的は、費用効果が高く簡単な方法で、バッテリシステム全体の温度制御を改善することができる温度制御装置及びバッテリシステムを提供することであり、特に、温度制御装置の温度制御ラインの個々の温度制御ブランチに、例えば、温度、圧力及び／又は体積流量が少なくとも実質的に同様の温度制御流体特性を提供することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、独立請求項1の特徴を有する温度制御装置と、独立請求項10の特徴を有するバッテリシステムとによって解決される。本発明のさらなる特徴および詳細は、従属請求項、説明および図面から得られる。本発明による温度制御装置に関連して説明される特徴および詳細は、当然ながら、本発明によるバッテリシステムに関連しても適用され、その逆も同様であり、その結果、本発明の個々の態様の開示に関して、相互の参照がなされるか、または常になされ得る。
【０００８】
本発明の第1の態様によれば、課題は、少なくとも1つのバッテリ要素を有するバッテリシステムの温度制御のための温度制御装置によって解決され、温度制御装置は、流れ方向に温度制御流体を導くための温度制御ラインを含み、温度制御ラインは、流れ部と、戻り部と、第1の温度制御ブランチと、第2の温度制御ブランチとを含み、前記第1の温度制御ブランチは、前記流れ部に流体連通接続された第1の流入開口と、前記戻り部に流体連通接続された第1の流出開口とを含み、前記第2の温度制御ブランチは、前記流れ部に流体連通接続された第2の流入開口と、前記戻り部に流体連通接続された第2の流出開口とを含み、さらに、前記第1の温度制御ブランチおよび前記第2の温度制御ブランチは互いに流体機能が並行に接続され、各々が前記バッテリシステムのバッテリ要素の温度制御のための温度制御部を備える。本発明による温度制御装置は、第2の温度制御ブランチの第2の流入開口が、流れ部における流れ方向に関して第1の温度制御ブランチの第1の流入開口の下流に配置され、第2の温度制御ブランチの第2の流出開口が、戻り部における流れ方向に関して第1の温度制御ブランチの第1の流出開口の下流に配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明による温度制御装置は、バッテリシステムまたはバッテリシステムのバッテリ要素の温度制御を提供することができる。この目的のために、温度制御装置は、温度制御流体を一方の流れ方向に導くように構成された温度制御ラインを有する。温度制御流体は、気体、液体および／またはそれら混合状態で存在することができる。温度制御ラインは、少なくとも2つの温度制御ブランチに分岐し、それによって、温度制御ブランチの分岐または合流は、温度制御ラインの前側部分または温度制御ラインの戻り部で行われる。個々の温度制御ブランチは、それぞれ、流体連通方式で流れ部に接続された入口開口を有する。温度制御ブランチの温度制御ラインへの合流は、戻り部で行われ、それによって、温度制御ブランチは、それぞれ、流出開口を有し、流出開口は、流体連通方式で戻り部に接続される。このようにして、第1の温度制御ブランチおよび第2の温度制御ブランチが、流体機能的に互いに並列に接続されることが提供され得る。既にこのようにして、温度制御流体全てが同じ流れ区域から分岐するので、温度制御流体の温度は、流れてきた全ての温度制御ブランチに対して、同様であるか、又は好ましくは少なくとも本質的に同じであるようにすることができる。
【００１０】
本発明は、温度制御流体の流れの方向に関して、流れ部における個々の温度制御ブランチの流入開口が、戻り部における個々の温度制御ブランチの流出開口と同じ順序で配置されることを提供する。これは、第2の温度制御ブランチの第2の流入開口が、流れ部における流れ方向に関して第1の温度制御ブランチの第1の流入開口の下流に配置され、同時に、第2の温度制御ブランチの第2の流出開口が、同様に、戻り部における流れ方向に関して第1の温度制御ブランチの第1の流出開口の下流に配置されることによって達成される。言い換えれば、前側部分から最初に分岐する温度制御ブランチが、最初に戻り部に戻る。同時に、温度制御流体の流れの方向において次に流れ部から分岐する温度制御ブランチも、戻り部に次に流れ戻る。このようにして、少なくとも2つの温度制御ブランチの流路の長さは、少なくとも全体的に類似している、すなわち、言い換えれば、第1の温度制御ブランチを通って流れる温度制御流体は、流れ部内の短い流路および戻り部内の長い流路のみを移動し、一方、第2の温度制御ブランチを通って流れる温度制御流体は、流れ部内の長い流路および戻り部内の短い流路を移動する。上述したように、個々の温度制御ブランチを通る温度制御流体のための流路の長さは、このようにして調整することができる。上述の個々の温度制御ブランチにおける温度制御流体の少なくとも本質的に同様の温度に加えて、個々の温度制御ブランチにおける温度制御流体の圧力および／または体積流量も、このようにして調整することができる。このように、本発明による温度制御装置は、全ての温度制御ブランチに対して少なくとも本質的に同じ温度制御性能を提供することができるように構成される。これにより、全ての温度制御ブランチに対する温度制御装置の等しい又は少なくとも同様の温度制御性能、従って、好ましくは、温度制御装置によって調整されるバッテリシステムのバッテリ要素の等しい又は少なくとも同様の温度負荷を提供することができる。したがって、これらのバッテリ要素の温度に起因する経年プロセスは、通常、同じであるか、または少なくとも本質的に同じである。バッテリシステムの耐用年数は、しばしば、最も頻繁に使用されるバッテリ要素によって、特に温度負荷によって、したがって、第1に故障したバッテリ要素によって制限されるので、バッテリシステムの耐用年数は、このようにして延長することができる。
【００１１】
また、本発明に係る温度制御装置において、前記温度制御ラインは、前記流れ部に流体連通接続された第3の流入開口と、前記戻り部に流体連通接続された第3の流出開口とを有する第3の温度制御ブランチを少なくとも備え、前記第3の温度制御ブランチの前記第3の流入開口は、流れ方向に対して、前記第1の温度制御ブランチの前記第1の流入開口の下流であって、前記第2の温度制御ブランチの前記第2の流入開口の上流に配置され、前記第3の温度制御ブランチの前記第3の流出開口は、戻り部において、前記流れ方向に対して、前記第1の温度制御ブランチの前記第1の流出開口の下流であって、前記第2の温度制御ブランチの前記第2の流出開口の上流に配置される。第3の温度制御ブランチの存在により、特にバッテリシステムの別のバッテリ要素も、本発明による温度制御装置によって調整することができる。したがって、より複雑なバッテリシステム、特にいくつかのバッテリ要素を有するバッテリシステムの温度制御を提供することができる。第3の温度制御ブランチは、流入開口および流出開口を有し、これらを介して第3の温度制御ブランチは、流れ部および戻り部に接続される。本発明による温度制御装置のこの実施形態においても、第3の温度制御ブランチはまた、全体として、全ての温度制御ブランチの流入開口が流れ部において、温度制御流体の流れ方向に関して、戻り部における全ての温度制御ブランチの流出開口と同じ順序になるように、温度制御ライン全体に配置される。これは、第3の温度制御ブランチの流入開口が、流れ部において第1の温度制御ブランチの流入開口の下流に位置し、流れ部において第2の温度制御ブランチの流入開口の上流に位置することによって達成することができる。同じことが、戻り部における第1の温度制御ブランチの流出開口の下流であって、戻り部における第2の温度制御ブランチの流出開口部の上流に位置する、第3の温度制御ブランチの流出開口にも当てはまる。したがって、第1および第2の温度制御ブランチの配置に関して説明されたすべての利点を、特に、温度調整される多数のバッテリ要素のために、3つの温度制御ブランチが備えることもできる。
【００１２】
もちろん、本発明による温度制御装置は、いくつかの第3の温度制御ブランチを有することもでき、それによって、バッテリシステムの温度制御されるバッテリ要素の数をさらに増加させることができる。最初の3つの温度制御ブランチの配置と同様に、さらに配置された各温度制御ブランチの流入開口および流出開口も、それぞれ、流れ部および戻り部におけるすべての温度制御ブランチの流入開口および流出開口の順序が同じであるという条件を満たす。全ての温度制御ブランチにおいて、少なくとも本質的に同じ温度、圧力、および体積流量を有する温度制御流体を提供することができる。したがって、すべての温度制御ブランチにおける本発明の温度制御装置の温度制御性能は、すべての温度制御ブランチにおいて、同じ方法で、または少なくとも本質的に同じ方法で提供することもできる。
【００１３】
さらに温度制御ラインの2つの温度制御ブランチのために、流れ部におけるそれらの流入開口の流れ距離と、戻り部におけるそれらの流出開口の戻り距離とが、等しい長さであるか、または少なくとも実質的に等しい長さであることを提供することができる。このようにして、これらの2つの温度制御ブランチに対して、温度制御流体のための同様のおよび／または同一の流路さえも、これらの温度制御ブランチ内に設けることができる。これは、個々の温度制御ブランチの流路の長さが、実際の温度制御ブランチ内の温度制御流体のための同じ流れ長さで、流れ距離または戻り流れ距離の長さだけが異なるという事実による。これは、特に、第1の温度制御ブランチにおいてのみ、温度制御流体が戻り距離を通って流れ、第2の温度制御ブランチにおいてのみ、温度制御流体が流れ距離を通って流れるという事実に起因する。流れ距離および戻り距離が等しい長さまたは少なくとも本質的に等しい長さであるという事実は、類似のおよび／または同一の流路を提供することを特に容易にする。同じ流れ距離および戻り距離を有し、流れ部および戻り部で互いに隣接して配置される2つの温度制御ブランチは、特に好ましい。さらに、隣接していない温度制御ブランチ、すなわち、少なくとも1つの他の温度制御ブランチによって分離された温度制御ブランチ同士は、それぞれ、流れ部および戻り部に対して同じ長さを有してもよい。同様の及び／又は同一の流路を、更に離れた温度制御ブランチの対に対して設けることもできる。本発明による温度制御装置の場合、全ての温度制御ブランチの組み合わせについて、流れ距離および戻り距離が同じ長さを有するか、または少なくとも本質的に同じ長さを有することが特に好ましい。このようにして、全ての温度制御ブランチを通る全ての可能な流路に対して、等しい長さの又は少なくとも本質的に等しい長さの流路を設けることができる。したがって、すべての温度制御ブランチを通じて提供され得る温度制御能力の均等性をさらに高めることができる。
【００１４】
本発明による温度制御装置は、好ましくは、流れ部が流れ開始部を有し、戻り部が戻り流を有するように構成されてもよく、流れ開始部は、流れ方向に対して、流れ部の温度制御ブランチのうちの1つへの第1の流体連通接続の前に配置され、戻り部は、流れ方向に対して、温度制御ブランチのうちの1つへの戻り部の最後の流体連通接続の後に配置され、さらに、流れ開始部と戻り流との間の流路は、すべての温度制御ブランチに対して同じ長さまたは少なくとも実質的に同じ長さである。等しい長さ又は少なくとも実質的に等しい長さのこのような流路は、特に、個々の温度制御ブランチを通って流れる温度制御流体の圧力及び／又は体積流量が等しい又は少なくとも実質的に等しいことを可能にする。このようにして、全ての温度制御ブランチに対して、同じ又は少なくとも本質的に同じ温度制御性能を提供することができる。流れ開始は、温度制御ブランチの分岐が流れ開始前に流れ方向に分岐しないように、温度制御ラインにおいて定義される。同様に、戻り流は、戻り流の後に温度制御ブランチのさらなる開口がないように、温度制御ラインまたは戻り部に画定される。流れの開始から戻りの開始へ流れる温度制御流体は、必然的に、温度制御ブランチの1つを通って流れる。個々の温度制御ブランチまたは個々の流れ部または戻り部の長さにかかわらず、すべての流路の全体的な均等性は、温度制御流体の圧力および／または体積流量がすべての温度制御ブランチ対して同じであるか、または少なくとも本質的に同じであることを確実にすることを特に容易にする。等しいか、または少なくとも実質的に等しい長さである温度制御ブランチの温度制御部の場合、すべての流路の等しさは、特に、すべての温度制御ブランチの組について、流れ距離および戻り距離が等しいか、または少なくとも実質的に等しい長さであるという点で、提供され得る。
【００１５】
さらに、本発明による温度制御装置の場合、温度制御ラインは、流れている温度制御流体の圧力および／または体積流量を調整するための少なくとも1つの絞り装置を有し、少なくとも1つの絞り装置は、流れ部内、および／または温度制御部の上流の温度制御ブランチ内、および／または温度制御部の下流の温度制御ブランチ内、および／または戻り部内に配置されてもよい。これらの位置のいくつか、特に全てにおいて、絞り装置が特に好ましい場合がある。特に、このタイプの絞り装置は、温度制御流体の圧力および／または体積流量の追加の調整を提供することができる。したがって、流れる温度制御流体のさらに良好な制御、調整、および／または監視を提供することができる。このようにして、バッテリシステム全体におけるバッテリ要素の温度負荷のより大きなコンプライアンスを提供することができる。
【００１６】
本発明による温度制御装置はまた、流れ部が、温度制御ブランチの流入開口と流体連通接続するための少なくとも2つの流れ分岐を有し、かつ／または戻り部が、温度制御ブランチの流出開口と流体連通接続するための少なくとも2つの戻り分岐を有するように構成されてもよい。換言すれば、このようにしてカスケード式温度制御システムを提供することができる。流れ分岐は前半部で分岐し、個々の温度制御ブランチはこの前半部から分岐する。温度制御ブランチは、戻り分岐に通じ、戻り分岐は、戻り部に通じる。本発明による利点を維持するために、流れ分岐および戻り分岐も、流れ部から分岐する順序が、戻り分岐の戻り部への排出と流れの方向において同じ順序であるように、それぞれ流れ部および戻り部に配置される。言い換えれば、2つの分岐と2つの戻り分岐を用いると、流れ部からの第2分岐の分岐は、第1分岐の分岐に従属し、戻り部への第2戻り分岐の開口部も、戻り部への第1の戻り分岐の開口部に従属する。このようにして、本発明による温度制御装置によって、さらに多くのバッテリ要素を有するさらに大型のバッテリシステムを温度調整することができる。
【００１７】
さらに、本発明による温度制御装置では、温度制御ブランチの流入開口は、流れ部の共通の分岐開口に流体連通接続され、および／または温度制御ブランチの流出開口は、流れ部の共通の合流開口に流体連通接続されてもよい。言い換えれば、温度制御ブランチの星形分岐は、前側部分から、または戻り部での温度制御ブランチの星形合流から提供することができる。この実施形態では、例えば、個々の温度制御ブランチの対応する長さにわたって、同じまたは少なくとも本質的に同じ流路を確保することができる。
【００１８】
本発明による温度制御装置の場合、温度制御装置は、温度制御ライン内の温度制御流体の流れに流れ方向に生成するためのポンプ装置をさらに備えることができる。このようなポンプ装置は、特に、流れ方向における温度制御流体の流れが、特に良好に制御可能かつ調整可能であることを保証することができる。このようなポンプ装置は、例えば、温度制御流体の圧力および／または体積流量を変化させることができるように使用することもできる。このようにして、バッテリシステムのバッテリ要素のさらに良好な温度制御を提供することができる。
【００１９】
さらに、本発明による温度制御装置では、温度制御装置が、温度制御流体から熱エネルギーを除去するための熱交換器を有し、熱交換器が、戻り部の後の流れ方向に流体を連通させるように温度制御ラインに配置されることも提供され得る。温度制御装置の温度制御機能、特に、温度制御装置によるバッテリ要素の冷却は、このような熱交換器によって特に容易に提供することができ、この熱交換器は、好ましくは、例えば、温度制御流体から温度制御装置の外部に熱エネルギーを放出するように構成される。熱エネルギーは、熱交換器を介して温度制御流体に導入することもできる。この場合、熱交換器は、本発明の温度制御装置の目的の一部として、バッテリ要素への熱エネルギーの伝達、言い換えれば、バッテリ要素の加熱を改善する。熱交換器は、好ましくは、戻り部の後の温度制御ラインに流体連通するように配置され、それによって、熱交換器に温度制御流体が流れ、温度制御流体はバッテリ要素から熱エネルギーを吸収し、またはバッテリ要素に熱を放出する。熱交換器において、この熱エネルギーは、温度制御流体から取り出され、好ましくは、例えば、環境に放出される。その代わりに、またはそれに加えて、熱エネルギーを温度制御流体に導入することもでき、熱エネルギーは、好ましくは、例えば熱交換器を介して環境から取り出される。言い換えれば、温度制御流体は、熱交換器の後で再びより低い温度またはより高い温度を有し、好ましくは閉回路システムにおいて、再び温度制御ラインを通って流れ、温度制御ブランチに戻ることができる。
【００２０】
本発明の第2の態様によれば、課題は、少なくとも1つのバッテリ要素と温度制御装置とを備えるバッテリシステムによって解決される。本発明に係るバッテリシステムは、前記温度制御装置が、本発明の第1の態様に係る構成であることを特徴とする。したがって、本発明の第1の態様による温度制御装置に関連して詳細に説明したすべての利点は、本発明の第1の態様によるそのような温度制御装置を有する本発明の第2の態様によるバッテリシステムによっても提供することができる。
【００２１】
本発明によるバッテリシステムは、バッテリシステムが、少なくとも2つのバッテリ要素を備え、少なくとも2つのバッテリ要素の各々が、温度制御装置の少なくとも1つの温度制御ブランチに関連付けられていることを特徴とすることができる。このようにして、バッテリ要素の各々は、温度制御装置のそれ自体の温度制御ブランチによって温度調整されることが提供され得る。言い換えれば、バッテリシステムのバッテリ要素のいずれも、未調整のままではない。代替的に又は付加的に、温度制御装置のいくつかの温度制御ブランチが、バッテリシステムのバッテリ要素の各々のために設けられてもよい。したがって、それぞれのバッテリ要素のさらに良好な温度制御を提供することができる。
【００２２】
本発明によるバッテリシステムは、バッテリ要素に割り当てられた温度制御ブランチが流体機能によって並列に接続され、少なくとも2つのバッテリ要素が電気的に直列に接続される範囲で開発することができる。このようにして、温度制御装置によって、個々のバッテリ要素の電気配線と個々のバッテリ要素の温度制御とを切り離すことが可能である。バッテリ要素は、例えば、バッテリレベルとして、すなわち、1つのレベルに配置されたいくつかのバッテリセルの組み合わせとして、特に好ましい場合がある。このようにして、いくつかの電気的に直列に接続されたバッテリレベルからなるバッテリスタック全体を、特に好ましい方法で温度調整することができる。
【００２３】
本発明によるバッテリシステムは、少なくとも1つのバッテリ要素が以下の要素のうちの1つとして構成されてもよい。
−バッテリセル
−バッテリセルのグループ
−バッテリレベル
−バッテリレベルのグループ
−バッテリスタック
【００２４】
このリストは網羅的なものではないので、合理的かつ可能な限り、少なくとも1つのバッテリ要素を追加の要素として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による温度制御装置を備えたバッテリシステムの第1の実施形態
【図２】発明による温度制御装置を備えたバッテリシステムの第2の実施形態
【図３】本発明による温度制御装置を備えたバッテリシステムの第3の実施形態
【図４】本発明による温度制御装置を備えたバッテリシステムの第4の実施形態
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明のさらなる利点、特徴、および詳細は、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する以下の説明から得られる。特許請求の範囲および明細書に記載された特徴は、本発明にとって、個々にまたは任意の組み合わせで必須であり得る。実施形態の説明は、実施例の文脈においてのみ本発明を説明する。もちろん、技術的に合理的であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、実施形態の個々の特徴を互いに自由に組み合わせることができる。同じ機能および動作モードを有する要素は、図面において同じ参照符号を有する。それらは概略的に以下を示す。
図1は、本発明による温度制御装置1を備えたバッテリシステム80を示す。バッテリシステム80のバッテリ要素81は、明瞭さを増すためにそのうちの1つのみに参照符号が付されているが、個々のバッテリセルのグループとして一緒にグループ化された複数のバッテリセルである。本発明の温度制御装置1から、これらのバッテリ要素81の3つの、温度制御のために構成された領域が示されている。温度制御流体70は、流れ方向71に温度制御ライン2を通って供給される。特に、温度制御ライン2は、流れ部10と、戻り部20と、それらの間に延在する温度制御ブランチ30、40、50とを有する。第1の温度制御ブランチ30は、第1の流入開口31を介して流れ部10に流体連通接続されており、第1の温度制御ブランチ30の第1の流出開口32は、戻り部20に流体連通接続されている。第1の温度制御ブランチ30は、対応するバッテリ要素81を調整するように適合された温度制御部60をさらに備える。同様に、第2の温度制御ブランチ40および第3の温度制御ブランチ50は、それぞれ、第2の温度制御ブランチ40および第3の温度制御ブランチ50を流れ部10および戻り部20に流体連通接続するための流入開口41、51および流出開口42、52を有する。本質的には、温度制御流体70の流れ方向71に関する個々の流入開口31、41、51は、それらの順序が、流出開口32、42、52が戻り部20に流体連通接続される順序に対応するように、流れ部10に流体連通接続される。言い換えれば、第2の温度制御ブランチ40の第2の流出開口41は、第3の温度制御ブランチ50の第3の流出開口51の下流の流れセクション10に配置され、これは従って、第1の温度制御ブランチ30の第1の流出開口31の下流に配置される。これに対応して、第2の温度制御ブランチ40の第2の流出開口42は、第3の温度制御ブランチ50の第3の流出開口52の下流に配置され、これは従って、第1の温度制御ブランチ30の第1の流出開口32の下流に配置される。このようにして、好ましくは流れ部10の流れ開始部11と戻り部20の戻り部分21との間に延びる流路6が、全ての温度制御ブランチ30、40、50に対して同じ長さまたは少なくとも実質的に同じ長さであるように設けることができる。流れ方向71に沿って、ここでは例示的に示されている、第1の温度制御ブランチ30の第1の流入開口31と第3の温度制御ブランチ50の第3の流入開口51との間の距離を通って延びる、対応する流出開口32、52の間の戻り距離22に等しいかまたは少なくとも実質的に等しい流れ距離12によって、等しい長さまたは少なくとも実質的に等しい長さ6のこれらの流路を特に容易に設けることができる。全体として、本発明による温度制御装置1によって、特に、温度制御ブランチ30、40、50と流れ部10および戻り部20とのそれぞれの特別な配置および流体連通接続によって、全ての温度制御ブランチ30、40、50およびそれらの温度制御部60のための温度制御流体70が、一方では、同様のまたは好ましくは同じ温度を有し、他方では、同様の圧力および／または同様の体積流量を有することが可能である。このようにして、全ての温度制御ブランチ30、40、50に対して同様の、または好ましくは同じでさえある温度制御性能を提供することができる。したがって、バッテリシステム80の個々のバッテリ要素81の異なる温度負荷を回避することができる。これは、個々のバッテリ要素が異なる速度で劣化することを防止し、���たがって、本発明によるバッテリシステム80の耐用年数の短縮を防止する。
【００２７】
図2は、本発明による温度制御装置1を有する本発明によるバッテリシステム80のさらなる実施形態を示す。図1と比較すると、このバッテリシステム80は、かなり多くのバッテリ要素81を有する。なお、概観を向上させるために、バッテリ要素81のうち1つのバッテリ要素81のみに符号が付されている。バッテリ要素81は、バッテリセルであり、それらは一緒にグループ化され、それによって、バッテリセルのグループは、順番に、1つのバッテリレベルに配置される。図示の構成では、バッテリシステム80は、3つのこのようなバッテリレベルを有し、これらのバッテリレベルは、好ましくは、電気的に直列に接続することができる。図1で既に説明した要素に加えて、本発明による温度制御装置1は、この構成では、バッテリレベルの各々に対して、流れ分岐14および戻り分岐24を有する。流れ分岐14は、流れ部10から分岐し、それに流体連通接続される。同様に、戻り分岐24は、戻り部20に通じており、これに流体連通接続されている。本発明による温度制御装置1の個々の温度制御ブランチ30、40、50は、流れ分岐14の各々と戻り分岐24との間に延びている。個々の温度制御ブランチ30、40、50とそれぞれの流れ分岐14または戻り分岐24との接続順序は、流れ部10および戻り部20に関して図1に記載された順序に対応し、その中に記載されたすべての特性および利点を有する。このようにして、温度制御流体70の温度、圧力および／または体積流量に関する同じ利点および特性を、温度制御ブランチ30、40、50の各々のためにそれらの間に配置された流れ分岐14、戻り分岐24および温度制御ブランチ30、40、50からなる各部に提供することができる。さらに、温度制御流体70の流れ方向71に対する流れ分岐14の分岐も、戻り分岐24が戻り部20に配置されるのと同じ順序で流れ部10に配置される。結果として生じる流路6は、3つの例示的に選択された温度制御ブランチ30、40、50に対して示されている。温度制御ブランチ30、40、50の流入開口31、41、51及び流出開口32、42、52並びに、流れ分岐14及び戻り分岐24の分岐流路の順序が、上述の対応する配置によって、これらの流路6が等しい長さ又は少なくとも実質的に等しい長さであることが達成される。以上説明したようにバッテリレベルにアレンジされた全てのバッテリ要素81は、発明に係る温度制御装置1と同一又は少なくとも本質的に同一の温度制御性能を備えることができる。
【００２８】
図3は、本発明による温度制御装置1を備えた、バッテリシステム80のさらなる実施形態を概略的に示す。第1の温度制御ブランチ30と第2の温度制御ブランチ40と、それらの流入開口31、41と、流出開口32、42との、温度制御ライン2の流れ部10及び戻り部20における配置順序は、本発明にとって重要であり、すでに説明したが、これらに加えて、特に絞り要素5が、この構成で示されている。これらの絞り要素5は、例えば、前側区域10において、温度制御部60の前後の個々の温度制御ブランチ30、40内に配置することができるが、代替的に又は追加的に、戻り部20内に配置することもできる。このような絞り要素5は、温度制御流体70の圧力及び／又は体積流量を付加的に調整、設定及び／又は制御するために使用することができる。このように個々の温度制御ブランチ30、40における温度制御機能のさらに正確な設定を可能にすることができ、これは、温度制御部60によってバッテリシステム80の個々のバッテリ要素81のために設けることができる。さらに、この構成では、流れ方向71に温度制御流体70の流れを提供するように構成されたポンプ装置3が示されている。このポンプ装置3はまた、温度制御流体70の圧力および／または体積流量に影響を及ぼし、特に調整および制御することができる。さらに、熱交換器4が示されており、この熱交換器4は、戻り部20の後の温度制御ライン2内に配置されている。このような熱交換器では、特に温度制御部60で吸収された熱エネルギーは、温度制御流体70から少なくとも部分的に除去され、例えば、環境に放出される。特に、閉鎖された温度制御ライン2を有する循環システムは、このように、本発明による温度制御装置1を特に容易に備えることができる。
【００２９】
図4は、本発明による温度制御装置1を有する本発明によるバッテリシステム80のさらなる実施形態を示す。他の図に関連して既に説明した要素に加えて、ポンプ装置3、第1の温度制御ブランチ30および第2の温度制御ブランチ40、ならびに本発明によるそれらの構成などがある。図4に示すように、第1の温度制御ブランチ30の第1の流入開口31と第2の温度制御ブランチ40の第2の流入開口41との両方に流体連通接続された分岐開口13を流れ部10に設けることができる。同様に、戻り部20は、第1の温度制御ブランチ30の第1の流出開口32および第2の温度制御ブランチ40の第2の流出開口42に流体連通接続され得る合流開口23を有し得る。このようにして、特に簡易で、特に短い流れ部10または戻り部20を提供することができる。例えば、全ての温度制御ブランチ30、40を通る同一の流路6（図示せず）を得ることは、この実施形態では、特に、それぞれの温度制御ブランチ30、40の個々の長さによって保証することができる。
【符号の説明】
【００３０】
1 温度制御装置
2 温度制御ライン
3 ポンプ装置
4 熱交換器
5 絞り装置
6 流路
10 流れ部
11 流れ開始
12 流れ
13 流れ開口
14流れ分岐
20 戻り部
21 戻り流
22 戻り距離
23 合流開口
24 戻り分岐
30 第1温度制御ブランチ
31 第1流入開口
32 第1流出開口
40 第2温度制御ブランチ
41 第2流入開口
42 第2流出開口
50 第3温度制御ブランチ
51 第3流入開口
52 第3流出開口
60 温度制御部
70 温度制御流体
71 流れ方向
80 バッテリシステム
81 バッテリ要素
【図１】
2020528647.tif 000003
【図２】
2020528647.tif 000004
【図３】
2020528647.tif 000005
【図４】
2020528647.tif 000006
【国際調査報告】
2020528647.tif 000007
2020528647.tif 000008
2020528647.tif 000009
2020528647.tif 000010