DE102020107363A1 - Electric vehicle with a high-voltage battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) (4) als Traktionsbatterie mit einem von einem Kühlmedium durchströmten Batteriekühlkreislauf (1). Erfindungsgemäß ist im Batteriekühlkreislauf (1) wenigstens ein Latentwärmespeicher (7) mit einem Phasenwechselmaterial angeordnet, mit dem latente Wärme speicherbar ist. Der Latentwärmespeicher (7) ist mit dem Kühlmedium für einen Wärmeaustausch gekoppelt (8), so dass bei einer Kühlmedium-Temperatur über einer Phasenwechsel-Temperatur im Latentwärmespeicher (7) Wärme speicherbar ist. Am Latentwärmespeicher ist eine steuerbare Aktivierungsvorrichtung angeordnet, mit der bei einer Latentwärmespeicher-Temperatur unter dem Phasenwechsel-Temperatur der Latentwärmespeicher (7) zu einem vorbestimmten Aktivierungs-Zeitpunkt gesteuert zu einem Phasenwechsel für eine Wärmeabgabe an das Kühlmedium aktivierbar ist.The invention relates to an electric vehicle with a high-voltage battery (HV battery) (4) as a traction battery with a battery cooling circuit (1) through which a cooling medium flows. According to the invention, at least one latent heat accumulator (7) with a phase change material, with which latent heat can be stored, is arranged in the battery cooling circuit (1). The latent heat store (7) is coupled (8) to the cooling medium for heat exchange, so that heat can be stored in the latent heat store (7) at a cooling medium temperature above a phase change temperature. A controllable activation device is arranged on the latent heat accumulator, with which, at a latent heat accumulator temperature below the phase change temperature, the latent heat accumulator (7) can be activated in a controlled manner to a phase change for a heat transfer to the cooling medium at a predetermined activation time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) als Traktionsbatterie mit einem von einem Kühlmedium durchströmten Batteriekühlkreislauf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electric vehicle with a high-voltage battery (HV battery) as a traction battery with a battery cooling circuit through which a cooling medium flows, according to the preamble of claim 1.

Elektrofahrzeuge mit einem elektrischen Fahrantrieb nur mit einem Elektroantrieb oder als Hybridfahrzeug mit einem Elektroantrieb und einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt. Die dabei eingesetzte Hochvolt-Batterie erzeugt bei ihrem Betrieb Wärme, die in bekannter Weise mit einem von einem Kühlmedium durchströmten Batteriekühlkreislauf als Abwärme abgeführt wird. Bei längeren Standzeiten und niedrigen Umgebungstemperaturen kühlt das Elektrofahrzeug und damit auch seine Hochvolt-Batterie in Richtung Umgebungstemperatur ab.Electric vehicles with an electric drive only with an electric drive or as a hybrid vehicle with an electric drive and an internal combustion engine are generally known. The high-voltage battery used here generates heat during operation, which is dissipated as waste heat in a known manner with a battery cooling circuit through which a cooling medium flows. If the vehicle is parked for a long time and the ambient temperature is low, the electric vehicle and thus its high-voltage battery cool down towards the ambient temperature.

Nachteilig befindet sich damit die HV-Batterie bei einem Fahrbeginn in den ersten Fahrminuten in einem ungünstigen niedrigen Temperaturfenster, was zu einer Verringerung der Batterielebenszeit führt und bis zum Erreichen einer geeigneten höheren Betriebstemperatur eine Leistungseinbuße und eine geringere Rekuperationsrate bedingt. Die Aufheizung der HV-Batterie auf einen geeigneten Betriebstemperaturbereich erfolgt in an sich bekannter Weise während der Fahrt durch die Abwärme der HV-Batterie.The disadvantage is that the HV battery is in an unfavorably low temperature window when you start driving in the first few minutes, which leads to a reduction in the battery life and results in a loss of performance and a lower recuperation rate until a suitable higher operating temperature is reached. The HV battery is heated to a suitable operating temperature range in a manner known per se while driving by the waste heat from the HV battery.

Um die vorstehenden Nachteile eines Fahrbeginns mit kalter HV-Batterie zu reduzieren, ist es bereits bekannt ( DE 10 2017 212 285 A1 ), einen Zeitpunkt zu ermitteln, ab dem die HV-Batterie mit Hilfe eines elektrischen Zuheizers oder eines Latentwärmespeichers vor Fahrbeginn vorgeheizt wird. Eine konkrete Ausführung mit einer Anordnung oder einer Steuerung eines elektrischen Zuheizers oder eines Latentwärmespeichers ist hier nicht thematisiert.In order to reduce the above disadvantages of starting a journey with a cold HV battery, it is already known ( DE 10 2017 212 285 A1 ) to determine a point in time from which the HV battery is preheated with the help of an electrical auxiliary heater or a latent heat storage device before the start of the journey. A specific embodiment with an arrangement or a control of an electrical auxiliary heater or a latent heat accumulator is not discussed here.

Weiter ist es bekannt ( CN 202758989 U ) Zwischenräume zwischen Batteriezellen in einem Batteriegehäuse mit einem Phasenwechselmaterial zur Beeinflussung der Batterietemperatur zu befüllen. Das Batteriegehäuse weist somit hier einen integrierten Latentwärmespeicher auf. Eine solche integrierte Anordnung schränkt Freiräume in der Anordnung eines Latentwärmespeichers im Fahrzeug sowie dessen Zugänglichkeit für Wartungen, Reparaturen oder einen Austausch des Phasenwechselmaterials erheblich ein. Da hier das Phasenwechselmaterial unmittelbar an den Batteriezellen anliegt und damit ein Wärmeaustausch direkt erfolgt, sind Steuerungsmöglichkeiten für die Batterietemperatur eingeschränkt.It is also known ( CN 202758989 U ) To fill gaps between battery cells in a battery housing with a phase change material to influence the battery temperature. The battery housing thus has an integrated latent heat storage device here. Such an integrated arrangement considerably restricts the freedom in the arrangement of a latent heat accumulator in the vehicle and its accessibility for maintenance, repairs or an exchange of the phase change material. Since the phase change material is in direct contact with the battery cells and there is thus a direct exchange of heat, control options for the battery temperature are limited.

Aufgabe der Erfindung ist, ein gattungsgemäßes Elektrofahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) als Traktionsbatterie mit einem von einem Kühlmedium durchströmten Batteriekühlkreislauf so weiterzubilden, dass ein optimierter Vorheizvorgang bei einer kalten Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) durchführbar ist.The object of the invention is to develop a generic electric vehicle with a high-voltage battery (HV battery) as a traction battery with a battery cooling circuit through which a cooling medium flows so that an optimized preheating process can be carried out with a cold high-voltage battery (HV battery).

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.

Gemäß Anspruch 1 ist im Batteriekühlkreislauf wenigstens ein Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial angeordnet, mit dem latente Wärme speicherbar ist. Der Latentwärmespeicher ist mit dem Kühlmedium für einen Wärmeaustausch gekoppelt, so dass bei einer Kühlmedium-Temperatur über einer Phasenwechsel-Temperatur im Latentwärmespeicher Wärme speicherbar ist.According to claim 1, at least one latent heat store with a phase change material is arranged in the battery cooling circuit, with which latent heat can be stored. The latent heat store is coupled to the cooling medium for heat exchange so that heat can be stored in the latent heat store at a cooling medium temperature above a phase change temperature.

Am Latentwärmespeicher ist eine steuerbare Aktivierungsvorrichtung angeordnet, mit der bei einer Latentwärmespeichertemperatur unter der Phasenwechsel-Temperatur der Latentwärmespeicher zu einer vorbestimmten Aktivierungszeitpunkt gesteuert zu einem Phasenwechsel für eine Wärmeabgabe an das Kühlmedium aktivierbar ist.A controllable activation device is arranged on the latent heat accumulator, with which, at a latent heat accumulator temperature below the phase change temperature, the latent heat accumulator can be activated in a controlled manner to a phase change for a heat transfer to the cooling medium at a predetermined activation time.

Vorteilhaft ergeben sich durch die Anordnung des Latentwärmespeichers im Batteriekühlkreislauf konstruktive Freiräume, wo der Latentwärmespeicher im Fahrzeug geeignet positioniert werden soll. Dazu können vorhandene Freiräume im Fahrzeug gegebenenfalls mit guter Zugänglichkeit genutzt werden. Der Wärmeübergang zwischen dem Latentwärmespeicher und der HV-Batterie erfolgt indirekt und bidirektional über das Kühlmedium, wodurch sich Freiräume für eine optimale Temperatursteuerung ergeben, beispielsweise unter anderem durch eine Variation des Kühlmediumdurchsatzes im Batteriekühlkreislauf.The arrangement of the latent heat accumulator in the battery cooling circuit advantageously results in constructive free spaces where the latent heat accumulator is to be suitably positioned in the vehicle. For this purpose, existing free spaces in the vehicle can be used with good accessibility, if necessary. The heat transfer between the latent heat storage and the HV battery takes place indirectly and bidirectionally via the cooling medium, which creates free space for optimal temperature control, for example by varying the cooling medium throughput in the battery cooling circuit.

Das Phasenwechselmaterial kann in einer einfachen Anordnung in einem wärmeleitenden Behälter aufgenommen sein, der in der Funktion eines Wärmetauschers im Batteriekühlkreislauf angeordnet ist und zumindest teilweise vom Kühlmedium umströmt wird. Auch andere an sich bekannte und übliche Wärmetauscheranordnungen sind grundsätzlich möglich.The phase change material can be accommodated in a simple arrangement in a thermally conductive container which is arranged in the battery cooling circuit in the function of a heat exchanger and is at least partially surrounded by the cooling medium. Other conventional heat exchanger arrangements known per se are also possible in principle.

Ein wesentlicher Aspekt ist die Bestimmung des Aktivierungszeitpunkts zur Aktivierung des (regenerierten) Latentwärmespeichers für eine Wärmeabgabe und damit für den Start eines Vorheizvorgangs. Der Aktivierungszeitpunkt kann je nach den Gegebenheiten bei oder vor einem Fahrzeugstart, insbesondere bei einer gemessenen tiefen Umgebungstemperatur gewählt werden. Dazu können an sich bekannte Einrichtungen und Maßnahmen verwendet werden, wie beispielsweise ein voreinstellbares Zeitglied (Timer) oder eine Fernsteuereinheit, welche bei Bedarf von einem Fahrer noch außerhalb des Fahrzeugs betätigbar ist. Auch eine automatisch funktionierende Fernsteuerung ist möglich, die bei einer Annäherung eines Fahrers an sein Fahrzeug einen Aufheizvorgang auslöst.An essential aspect is the determination of the activation point in time for the activation of the (regenerated) latent heat storage for a heat emission and thus for the start of a preheating process. The activation time can be selected depending on the circumstances during or before the vehicle is started, in particular when the ambient temperature is measured. For this purpose, devices and measures known per se can be used, such as, for example, a presettable timer or a remote control unit, which can be used with Can be actuated by a driver outside the vehicle as required. An automatically functioning remote control is also possible, which triggers a heating process when a driver approaches his vehicle.

Als Phasenwechselmaterialien sind grundsätzlich alle Materialien mit einer für die jeweiligen Gegebenheiten geeigneten Phasenwechsel-Temperatur verwendbar. Insbesondere sind dazu Salzhydrate geeignet. Als besonders bevorzugtes Phasenwechselmaterial kann Natriumacetat Trihydrat mit einer Phasenwechsel-Temperatur von 58°C eingesetzt werden, bei dem mit einem Phasenübergang fest/flüssig über 58°C Wärme aufgenommen wird, die nach einer Abkühlung latent in der flüssigen/unterkühlten Schmelze gespeichert wird. Mit einem Aktivierungsimpuls kann dann die Kristallisation ausgelöst werden, wodurch die gespeicherte Wärme wieder freigegeben wird. Besonders geeignet ist hier Natriumacetat Trihydrat auch durch seine Eigenschaft, dass die übersättigte Lösung bzw. unterkühlte Schmelze bis ca. -20°C stabil ist. Je nach den Gegebenheiten kann als Phasenwechselmaterial auch Natriumsulfid mit einer Phasenwechseltemperatur von 47°C und/oder Natriumthiosulfat mit einer Phasenwechseltemperatur von 48°C eingesetzt werden, insbesondere wenn relativ niedere Phasenwechsel-Temperaturen geeigneter sind. Als Kühlmedium im Batteriekühlkreislauf wird in an sich bekannter Weise Wasser gegebenenfalls mit einem Frostmittelzusatz verwendet.In principle, all materials with a phase change temperature suitable for the respective circumstances can be used as phase change materials. Salt hydrates are particularly suitable for this purpose. Sodium acetate trihydrate with a phase change temperature of 58 ° C can be used as a particularly preferred phase change material, at which heat is absorbed with a phase transition solid / liquid above 58 ° C, which is latently stored in the liquid / supercooled melt after cooling. The crystallization can then be triggered with an activation pulse, which releases the stored heat again. Sodium acetate trihydrate is particularly suitable here due to its property that the supersaturated solution or supercooled melt is stable down to approx. -20 ° C. Depending on the circumstances, sodium sulfide with a phase change temperature of 47 ° C. and / or sodium thiosulfate with a phase change temperature of 48 ° C. can also be used as phase change material, especially if relatively low phase change temperatures are more suitable. As a cooling medium in the battery cooling circuit, water is used in a manner known per se, optionally with an additive of freezing agent.

In einer konkretisierten Ausführungsform des Batteriekühlkreislaufs sind in einer Vorlaufleitung nach der Hochvolt-Batterie eine Kühlmedium-Pumpe und stromab weiter der wenigstens eine Latentwärmespeicher und ein Kühler für das Kühlmedium angeordnet, der mit einer Rücklaufleitung mit der Hochvolt-Batterie verbunden ist. Der Durchlauf des Kühlmediums im Batteriekühlkreislauf ist mit einem Absperr-Ventil und einem Bypass-Ventil steuerbar dergestalt, dass der Kreislauf durch den Kühler mit dem Absperr-Ventil gesteuert absperrbar ist. Diese Steuerung ist besonders vorteilhaft beim Aufheizvorgang, bei dem der Latentwärmespeicher seine Wärme abgibt, die damit der Hochvolt-Batterie über das Kühlmedium zugeführt wird und nicht über den Kühler extern abgegeben wird. Zugleich wird mit dem Bypass-Ventil auf einen kleineren Vorheiz-Kreislauf umgesteuert. Eine weitere Steuerungsmöglichkeit ergibt sich durch eine Steuerung der Kühlmedium-Pumpe durch Änderung und Anpassung des geförderten Kühlmediums.In a specific embodiment of the battery cooling circuit, a cooling medium pump is arranged in a flow line after the high-voltage battery and further downstream the at least one latent heat storage device and a cooler for the cooling medium, which is connected to the high-voltage battery by a return line. The flow of the cooling medium in the battery cooling circuit can be controlled with a shut-off valve and a bypass valve in such a way that the circuit can be shut off in a controlled manner by the cooler with the shut-off valve. This control is particularly advantageous during the heating process, in which the latent heat storage device gives off its heat, which is thus supplied to the high-voltage battery via the cooling medium and is not given off externally via the cooler. At the same time, the bypass valve is used to switch to a smaller preheating circuit. Another control option results from controlling the cooling medium pump by changing and adapting the cooling medium conveyed.

In einer weiteren Konkretisierung wird von einer Steuereinheit zum Aktivierungszeitpunkt ein Steuerimpuls für eine mechanische und/oder elektrische Aktivierung des wenigstens einen Latentwärmespeichers durch die Aktivierungsvorrichtung für eine Wärmeabgabe generiert. Zudem soll damit die Kühlmedium-Pumpe eingeschaltet werden und gegebenenfalls ein Vorheiz-Kreislauf zumindest so lange eingeschaltet werden, bis sich der wenigstens eine Latentwärmespeicher nach seiner Entleerung, durch die dann betriebsmäßig anfallende Abwärme der HV-Batterie wieder vollständig regeneriert hat. Erst dann soll wieder der übliche betriebsmäßige Kühlkreislauf mit dem Kühler bei geschlossenem Bypass-Ventil geschaltet werden.In a further specification, a control unit generates a control pulse for mechanical and / or electrical activation of the at least one latent heat storage device by the activation device for heat emission at the time of activation. In addition, the cooling medium pump is to be switched on and, if necessary, a preheating circuit is to be switched on at least until the at least one latent heat storage device has been completely regenerated after its emptying by the then operational waste heat of the HV battery. Only then should the normal operational cooling circuit with the cooler be switched again with the bypass valve closed.

Bekanntlich sind HV-Batterie Zellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen temperaturempfindlich und schadlos bis etwa zu einem Unterkühlungsbereich mit Tiefen-Temperaturen von ca. -20°C einsetzbar. Um hier Zellschädigungen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren wird vorgeschlagen, bei gemessenen Zelltemperaturen und/oder Umgebungstemperaturen im oder unter dem Unterkühlungsbereich von ca. -20°C den wenigstens einen Latentwärmespeicher gegebenenfalls in Verbindung mit der Kühlmedium-Pumpe und dem Vorheiz-Kreislauf für eine Wärmeabgabe zu aktivieren. Eine Zellschädigung kann damit gegebenenfalls zumindest hinausgezögert werden.It is known that HV battery cells, in particular lithium-ion cells, are temperature-sensitive and can be used without damage up to a subcooling range with low temperatures of approx. -20 ° C. In order to avoid or at least reduce cell damage here, it is proposed that at measured cell temperatures and / or ambient temperatures in or below the subcooling range of approx Activate heat emission. Cell damage can thus at least be delayed if necessary.

Zudem kann vorteilhaft bei einer gesteuerten Wärmeaufnahme im Latentwärmespeicher ein Überschreiten einer Temperaturgrenze nach oben gegebenenfalls verhindert oder zumindest verzögert werden, wodurch es möglich ist von der HV-Batterie eine höhere Peakleistung oder eine Dauerleistung länger abzufordern als ohne Latenwärmespeicher.In addition, with controlled heat absorption in the latent heat accumulator, exceeding an upper temperature limit can optionally be prevented or at least delayed, which makes it possible to demand a higher peak power or a continuous power longer from the HV battery than without a latent heat accumulator.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im Batteriekühlkreislauf eine zusätzliche, steuerbare Wärmequelle als Zuheizer angeordnet mit folgender Steuerung: bei einer gemessenen Temperatur des Kühlmediums und/oder des Phasenwechselmaterials nur wenig unter der Phasenwechsel-Temperatur wird die zusätzliche Wärmequelle zur Abgabe von Wärme für eine Temperaturerhöhung über die Phasenwechsel-Temperatur zeitbegrenzt angesteuert. Über der Phasenwechsel-Temperatur wird dann vom Phasenwechselmaterial für eine vorteilhafte chemische Stabilisierung des Phasenwechselmaterials und eine latente Wärmespeicherung Wärme aufgenommen.In a further advantageous embodiment, an additional, controllable heat source is arranged as an auxiliary heater in the battery cooling circuit with the following control: if the temperature of the cooling medium and / or the phase change material is measured only slightly below the phase change temperature, the additional heat source for emitting heat is used to increase the temperature the phase change temperature is controlled for a limited time. The phase change material then absorbs heat above the phase change temperature for advantageous chemical stabilization of the phase change material and latent heat storage.

Als Zuheizer kann ein an sich bekannter elektrischer Zuheizer und/oder gegebenenfalls eine Wärmepumpe eingesetzt werden, wie sie beispielsweise bereits für eine Fahrzeuginnenraum-Heizung bekannt ist.An electric auxiliary heater known per se and / or, if appropriate, a heat pump, such as is already known, for example, for a vehicle interior heater, can be used as the auxiliary heater.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of a drawing.

Die einzige Figur zeigt beispielhaft und stark schematisiert einen Batteriekühlkreislauf 1. Gegebenenfalls in einem Batteriekühlkreislauf 1 eines Fahrzeugs weiter enthaltene Komponenten, beispielsweise für eine Innenraumkühlung, etc. wurden zur vereinfachten Übersicht weggelassen.The single figure shows a battery cooling circuit by way of example and in a highly schematic manner 1 . If necessary in a battery cooling circuit 1 Components also contained in a vehicle, for example for interior cooling, etc., have been omitted for the sake of simplicity.

Der Batteriekühlkreislauf 1 ist mit einer Vorlauf-Leitung 2 und einer Rücklauf-Leitung 3 an eine HV-Batterie 4 angeschlossen. Stromab von der HV-Batterie 4 sind der Reihe nach ein Kühlmedium-Ausgleichsbehälter 5, eine Kühlmedium-Pumpe 6, ein Latentwärmespeicher 7 mit zugeordnetem Wärmetauscher 8, ein Absperrventil 9 und der Eingang eines Kühlers 10 angeordnet. Im Kühler 10 wird heißes Kühlmedium vom Fahrtwind eines Fahrzeugs, in dem der Batteriekühlkreislauf 1 angeordnet, und/oder von einem Ventilator 11 gekühlt. Vom Ausgang des Kühlers 10 führt die Rücklauf-Leitung 3 zurück zur HV-Batterie 4.The battery cooling circuit 1 is with a flow line 2 and a return line 3 to a HV battery 4th connected. Downstream of the HV battery 4th are one after the other a cooling medium expansion tank 5 , a cooling medium pump 6th , a latent heat storage 7th with assigned heat exchanger 8th , a shut-off valve 9 and the entrance of a cooler 10 arranged. In the cooler 10 becomes hot cooling medium from the airstream of a vehicle in which the battery cooling circuit 1 arranged and / or cooled by a fan 11. From the exit of the cooler 10 leads the return line 3 back to the HV battery 4th .

Nach dem Latentwärmespeicher 7 und vor dem Absperrventil 9 zweigt eine Bypass-Leitung 12, in der ein Bypass-Ventil 13 angeordnet ist, ab zur Rücklauf-Leitung 3.After the latent heat storage 7th and before the shut-off valve 9 branches off a bypass line 12th , in which a bypass valve 13th is arranged, from the return line 3 .

Die Anordnung hat folgende Funktion. Sobald die HV-Batterie 4 nach einem Fahrzeugstart ihre Betriebstemperatur angenommen wird, wird überschüssige Energie, in Form von Wärme über den Batteriekühlkreislauf 1 abgeführt. Diese im Kühlmedium gespeicherte Energie, kann mit Hilfe des Wärmetauschers 8 aus dem System gezogen werden und dem Latentwärmespeicher 7 zugeführt werden. Der Latentwärmespeicher 7 enthält hier beispielsweise eine Natriumacetat Trihydrat-Lösung, die auf über 58°C erhitzt werden muss, um einen Phasenübergang von fest auf flüssig zu erreichen, wonach Wärme latent gespeichert werden kann.The arrangement has the following function. Once the HV battery 4th After the vehicle has started, its operating temperature is assumed, excess energy is generated in the form of heat via the battery cooling circuit 1 discharged. This energy stored in the cooling medium can be used with the help of the heat exchanger 8th be drawn from the system and the latent heat storage 7th are fed. The latent heat storage 7th contains, for example, a sodium acetate trihydrate solution, which has to be heated to over 58 ° C in order to achieve a phase transition from solid to liquid, after which heat can be latently stored.

Bei einem oder vor einem Kaltstart wird zu einem Aktivierungszeitpunkt durch einen Impuls der Latentwärmespeicher 7 zur Wärmeabgabe aktiviert, sowie das Absperrventil 9 geschlossen und das Bypass-Ventil 13 geöffnet und damit auf einen kleineren Vorheiz-Kreislauf umgesteuert, in dem der Kühler 10 ausgeschaltet ist. Über den Wärmetauscher 8 und dem Vorheiz-Kreislauf gelangt die Wärme aus dem Latentwärmespeicher 7 in die HV-Batterie 4, die dadurch vorteilhaft bei einem Fahrbeginn deutlich erwärmt wird.During or before a cold start, the latent heat storage device is activated by a pulse at an activation time 7th activated for heat emission, as well as the shut-off valve 9 closed and the bypass valve 13th opened and thus switched to a smaller preheating circuit in which the cooler 10 is turned off. Via the heat exchanger 8th and the preheating circuit receives the heat from the latent heat storage 7th into the HV battery 4th , which is advantageously significantly warmed up when you start driving.

Sofern für eine Regenerierung des Latentwärmespeichers 7 im Kühlkreislauf 1 geringere Temperaturen als die Phasenwechsel-Temperatur von 58°C herrschen, kann die Phasenwechsel-Temperatur (58°C) gegebenenfalls mit Hilfe einer zusätzlichen steuerbaren Wärmequelle als Zuheizer 14 im Batteriekühlkreislauf 1 erreicht werden. Ein solcher steuerbarer Zuheizer 14 ist hier beispielhaft und schematisch im Bereich des Kühlmedium-Ausgleichsbehälters 5 dargestellt.If for a regeneration of the latent heat storage 7th in the cooling circuit 1 If the temperature is lower than the phase change temperature of 58 ° C, the phase change temperature (58 ° C) can be adjusted with the help of an additional controllable heat source as an auxiliary heater 14th in the battery cooling circuit 1 can be achieved. Such a controllable auxiliary heater 14th is shown here as an example and schematically in the area of the cooling medium expansion tank 5 shown.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Batteriekühlkreis zusätzlich über ein Ladegerät gegebenenfalls über einen Wärmetauscher zur Kühlung des Ladegeräts geführt sein. Es ist bekannt, dass bei hohen Ladeleistungen teilweise die Ladekabel, insbesondere außerhalb des Fahrzeugs, aktiv gekühlt werden, um die große anfallende Abwärme abzuführen; Auch bei einem im Fahrzeug angeordneten Ladegerät (On-Board-Charger) fällt gegebenenfalls eine große Verlustwärme an, die durch die Einbindung der Ladegerät-Kühlung in den Batteriekühlkreis mit dem Latentwärmespeicher vorteilhaft ebenfalls nutzbar ist.In a further embodiment, the battery cooling circuit can also be routed via a charger, if necessary via a heat exchanger, to cool the charger. It is known that at high charging capacities, the charging cables, in particular outside the vehicle, are sometimes actively cooled in order to dissipate the large amount of waste heat that arises; Even with a charger (on-board charger) arranged in the vehicle, a large amount of heat loss may arise, which can also advantageously be used by integrating the charger cooling into the battery cooling circuit with the latent heat accumulator.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BatteriekühlkreislaufBattery cooling circuit
22
Vorlauf-LeitungForward line
33
Rücklauf-LeitungReturn line
44th
HV-BatterieHV battery
55
Kühlmedium-AusgleichsbehälterCoolant expansion tank
66th
Kühlmedium-PumpeCooling medium pump
77th
LatentwärmespeicherLatent heat storage
88th
WärmetauscherHeat exchanger
99
AbsperrventilShut-off valve
1010
Kühlercooler
1212th
Bypass-LeitungBypass line
1313th
Bypass-VentilBypass valve
1414th
ZuheizerAuxiliary heater

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017212285 A1 [0004]DE 102017212285 A1 [0004]
  • CN 202758989 U [0005]CN 202758989 U [0005]

Claims (10)

Elektrofahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) (4) als Traktionsbatterie mit einem von einem Kühlmedium durchströmten Batteriekühlkreislauf (1), dadurch gekennzeichnet, dass im Batteriekühlkreislauf (1) wenigstens ein Latentwärmespeicher (7) mit einem Phasenwechselmaterial angeordnet ist, mit dem latente Wärme speicherbar ist, dass der Latentwärmespeicher (7) mit dem Kühlmedium für einen Wärmeaustausch gekoppelt (8) ist, so dass bei einer Kühlmedium-Temperatur über einer Phasenwechsel-Temperatur im Latentwärmespeicher (7) Wärme speicherbar ist, und dass am Latentwärmespeicher eine steuerbare Aktivierungsvorrichtung angeordnet ist, mit der bei einer Latentwärmespeicher-Temperatur unter dem Phasenwechsel-Temperatur der Latentwärmespeicher (7) zu einem vorbestimmten Aktivierungs-Zeitpunkt gesteuert zu einem Phasenwechsel für eine Wärmeabgabe an das Kühlmedium aktivierbar ist.Electric vehicle with a high-voltage battery (HV battery) (4) as a traction battery with a battery cooling circuit (1) through which a cooling medium flows, characterized in that at least one latent heat storage device (7) with a phase change material is arranged in the battery cooling circuit (1) latent heat is storable that the latent heat storage (7) is coupled (8) with the cooling medium for a heat exchange, so that at a cooling medium temperature above a phase change temperature in the latent heat storage (7) heat can be stored, and that a controllable one on the latent heat storage Activation device is arranged with which, at a latent heat storage temperature below the phase change temperature, the latent heat storage (7) can be activated in a controlled manner at a predetermined activation point in time for a phase change for a heat transfer to the cooling medium. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial in einem wärmeleitenden Behälter aufgenommen ist, der in der Funktion eines Wärmetauschers (8) im Batteriekühlkreislauf (1) angeordnet ist und zumindest teilweise vom Kühlmedium umströmt ist.Electric vehicle after Claim 1 , characterized in that the phase change material is accommodated in a thermally conductive container which is arranged in the battery cooling circuit (1) in the function of a heat exchanger (8) and at least partially surrounded by the cooling medium. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivierungszeitpunkt zur Aktivierung des Latentwärmespeichers (7) für eine Wärmeabgabe bei oder vor einem Fahrzeugstart, insbesondere in Verbindung mit einer gemessenen tiefen Umgebungstemperatur und/oder mit einem einstellbaren Zeitglied (Timer) und/oder mit einer Fernsteuereinheit, insbesondere mit einer durch einen Fahrer betätigbare oder bei einer Annäherung eines Fahrers an sein Fahrzeug automatisch betätigte Fernsteuerung, bestimmbar ist.Electric vehicle after Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the activation time for activating the latent heat accumulator (7) for a heat release during or before a vehicle start, in particular in connection with a measured low ambient temperature and / or with an adjustable timer and / or with a remote control unit, in particular with a remote control that can be actuated by a driver or that is actuated automatically when a driver approaches his vehicle can be determined. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Phasenwechselmaterial Natriumacetat Trihydrat mit einer Phasenwechsel-Temperatur von 58°C und/oder Natriumsulfid (47°C) und/oder Natriumthiosulfat (48°C) und als Kühlmedium Wasser gegebenenfalls mit einem Frostschutzmittel-Zusatz verwendet ist.Electric vehicle according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that sodium acetate trihydrate with a phase change temperature of 58 ° C and / or sodium sulfide (47 ° C) and / or sodium thiosulfate (48 ° C) is used as the phase change material and water, optionally with an antifreeze additive, is used as the cooling medium. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Batteriekühlkreislauf (1) in einer Vorlauf-Leitung (2) nach der Hochvolt-Batterie (4) eine Kühlmedium-Pumpe (6) und stromab weiter der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) und ein Kühler (10) für das Kühlmedium angeordnet sind, der mit einer Rücklaufleitung (3) mit der Hochvolt-Batterie (4) verbunden ist, und dass der Durchlauf im Batteriekühlkreislauf (1) mit einem Absperr-Ventil (9) und einem Bypass-Ventil (12) steuerbar ist, dergestalt dass der Durchlauf durch den Kühler (10) mit dem Absperrventil (9) gesteuert absperrbar ist und der Kreislauf zugleich mit dem gesteuert geöffneten Bypass-Ventil (13) zu einem Vorheiz-Kreislauf umsteuerbar ist, bei dem der Kreislauf über eine Bypass-Leitung (12) nach dem wenigstens einen Latentwärmespeicher (7) zwischen der Vorlauf-Leitung (2) und der Rücklauf-Leitung (3) geführt ist.Electric vehicle according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that in the battery cooling circuit (1) in a flow line (2) after the high-voltage battery (4) a cooling medium pump (6) and further downstream the at least one latent heat storage (7) and a cooler (10) for the cooling medium is arranged, which is connected to the high-voltage battery (4) by a return line (3), and that the flow in the battery cooling circuit (1) can be controlled with a shut-off valve (9) and a bypass valve (12) , in such a way that the passage through the cooler (10) can be shut off in a controlled manner with the shut-off valve (9) and the circuit can be reversed at the same time with the controlled open bypass valve (13) to a preheating circuit, in which the circuit is via a bypass Line (12) after which at least one latent heat accumulator (7) is guided between the flow line (2) and the return line (3). Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Steuereinheit zum Aktivierungszeitpunkt ein Steuerimpuls für eine mechanische und/oder elektrische Aktivierung des wenigstens einen Latentwärmespeichers durch die Aktivierungsvorrichtung generiert wird, und dass zudem eine Kühlmedium-Pumpe (6) eingeschaltet wird und gegebenenfalls ein Vorheiz-Kreislauf einschaltbar ist, zumindest so lange bis sich der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) im Betriebsverlauf wieder vollständig regeneriert hat.Electric vehicle according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that a control pulse for a mechanical and / or electrical activation of the at least one latent heat storage device is generated by the activation device at the time of activation, and that a cooling medium pump (6) is also switched on and, if necessary, a preheating circuit can be switched on , at least until the at least one latent heat accumulator (7) has completely regenerated during the course of operation. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die HV-Batterie (4) Zellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, aufweist, die schadlos bis zu einem Unterkühlungsbereich mit tiefen Temperaturen von ca. -20°C einsetzbar sind, und dass bei gemessenen Zelltemperaturen und/oder Umgebungstemperaturen im oder unter dem Unterkühlungsbereich der wenigstens eine Latentwärmespeicher (7) gegebenenfalls mit der Kühlmedium-Pumpe (6) und dem Vorheiz-Kreislauf aktivierbar ist.Electric vehicle according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the HV battery (4) has cells, in particular lithium-ion cells, which can be used without damage up to a subcooling range with low temperatures of approx. -20 ° C, and that at measured cell temperatures and / or Ambient temperatures in or below the subcooling area in which at least one latent heat storage (7) can optionally be activated with the cooling medium pump (6) and the preheating circuit. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Batteriekühlkreislauf (1) eine zusätzliche steuerbare Wärmequelle als Zuheizer (14) angeordnet ist, und dass bei einer gemessenen Temperatur des Kühlmediums und/oder des Phasenwechselmaterials unter der Phasenwechsel-Temperatur (14) zur Abgabe von Wärme für eine Temperaturerhöhung über die Phasenwechsel-Temperatur zur Wärmeaufnahme und chemischen Stabilisierung des Phasenwechselmaterials zeitbegrenzt ansteuerbar ist.Electric vehicle according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that an additional controllable heat source is arranged as an auxiliary heater (14) in the battery cooling circuit (1), and that at a measured temperature of the cooling medium and / or the phase change material below the phase change temperature (14) to give off heat for a temperature increase can be controlled for a limited time via the phase change temperature for heat absorption and chemical stabilization of the phase change material. Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuheizer (14) ein elektrischer Zuheizer und/oder eine Wärmepumpe ist.Electric vehicle after Claim 8 , characterized in that the auxiliary heater (14) is an electric auxiliary heater and / or a heat pump. Elektrofahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriekühlkreis zusätzlich über ein Ladegerät (On-Board-Charger) zu dessen Kühlung geführt ist, sodass auch eine Abwärme des Ladegeräts in Verbindung mit dem Latentwärmespeicher nutzbar ist.Electric vehicle according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the battery cooling circuit is additionally conducted via a charger (on-board charger) for its cooling, so that too waste heat from the charger can be used in conjunction with the latent heat storage.
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