调温装置、电池组系统、控件和用于加温电池组的方法与流程

本发明涉及一种用于加温电池组或电池组系统尤其电动车辆的高伏特电池组系统的电池组模块的调温装置。本发明还涉及一种具有调温装置的电池组系统。此外本发明涉及一种用于加温电池组系统的电池组的方法，以及一种控件，该控件被配置和构造用于执行所述方法。

背景技术：

从一般的现有技术中已知的是，为了冷却用于电动车辆的电池组系统的电池组，将该电池组布置在冷却回路的冷却板处。除了所述冷却板，已知的冷却回路还具有单独的调温元件以及冷却剂泵。通过所述独立的调温元件，所述电池组或电池组的电池组电池能够在低的温度中如此程度地加热或加温，即，使得所述电池能够利用尽可能高的电流来充电和放电。此外从de102010009847al以及de102007017172al已知的是，为了调温所述电池组，使得所述冷却剂的流动方向反转。

技术实现要素：

按照本发明，建议一种用于加温电池组系统的电池组模块或电池组的调温装置，通过该调温装置能够以高效的和在花费上有利的方式来加温所述电池组。此外，在当前提供一种按照本发明所述的具有根据本发明的调温装置的电池组系统，一种按照本发明所述的用于通过根据本发明的调温装置来加温所述电池组的方法，以及一种按照本发明所述的控件，该控件被配置和构造用于执行根据本发明的方法。

本发明的另外的特征从说明书和附图中得出。在此，结合根据本发明的调温装置所说明的特征和具体情况是适用的，当然同样结合根据本发明的电池组系统、根据本发明的方法、根据本发明的控件所说明的特征和具体情况是适用的，并且相应地反之亦然，从而关于对单个的发明方面的公开，始终能够相互地参照。

按照本发明的第一方面，提供一种用于电池组系统的调温装置。所述调温装置具有带有用于调温所述电池组系统的至少一个电池组的调温单元的回路系统。调温装置还具有至少一个功率半导体，以用于在所述至少一个电池组和所述至少一个电池组的至少一个耗件之间切断和建立电流。

所述至少一个功率半导体如此配设给所述调温单元，即，使得所述调温单元通过所述至少一个功率半导体的废热能够加温，该废热在所述电流切断和/或建立时产生。

在本发明的框架中会有利地确定的是，被布置在电池组系统中的功率半导体的废热能够用于加温所述调温单元并且由此相应地用于加温所述电池组系统的电池组，该电池组被布置或能够布置在所述调温单元处。这在当前尤其这样来实现：即，所述至少一个功率半导体如此配设给所述调温单元，即，使得所述调温单元通过所述至少一个功率半导体的废热能够加温，该废热在所述电流切断和/或建立时产生。由此，能够省去在现有技术中常见的用于在机动车中的电池组系统的冷起动的附加的加热元件。由此，能够节省对于所述附加的加热元件的相应的成本。此外，通过省去附加的构件能够减少相应的系统的复杂性。此外，能够通过在电池组系统中的调温装置来实现减轻重量，该减轻重量尤其在机动车中始终要被实现，在该机动车中，优选能够应用当前的调温装置。

在当前，所述至少一个功率半导体如此配设给所述调温单元，即，使得所述调温单元通过所述至少一个功率半导体的废热能够加温，该废热在所述电流切断和/或建立时产生。也即，所述至少一个功率半导体如此能够与所述调温单元进入有效连接中，即，使得所述调温单元能够通过所述功率半导体的废热来加温。为了制造从所述至少一个功率半导体经过所述调温单元至所述电池组的所期望的有效连接或所期望的热传输，所述调温装置优选具有供送单元或热量供送单元，以用于建立和切断从所述至少一个功率半导体经过所述调温单元到所述至少一个电池组上的热传输。由此能够确保的是，所述调温单元或所述电池组仅在经限定的情况中通过所述至少一个功率半导体的废热来加热，例如在所述机动车的冷起动时。

作为功率半导体，能够例如使用具有合适的开关性质和功率性质的晶体管。通过使用功率半导体，能够实现尤其快速的或短的开关时间。把功率半导体理解为一种半导体结构元件，该半导体结构元件在使用在功率电子装置中的情况下被设计用于控制和开关大电流和电压，例如大于1a至多个ka，和大于24v的电压。

当前的调温装置优选构造用于使用在车辆或机动车中，尤其电动车辆中。但是，本发明不限于使用在道路车辆中。从而可行的是，所述调温装置也构造用于使用在轨道车辆中、水上行驶工具中、航空器中和/或机器人中。此外，所述调温装置也能够构造用于使用在静态的系统中。

在本发明的框架中此外可行的是，多个功率半导体彼此并联地布置。由此能够把废热分配到较大的面上。此外，能够由此阻挡单个的功率半导体的较大程度的加温。

所述至少一个功率半导体优选如此配设给所述调温单元，即，使得所述至少一个功率半导体的废热经过所述调温单元并且尤其借助于所述供送单元针对性地向着所述至少一个电池组的方向能够输送。

按照本发明的一个改型方案有利可行的是，所述回路系统具有供送单元，以用于将调温介质供送通过所述回路系统，其中，所述调温介质在所述回路系统中通过所述功率半导体的废热能够加温，经加温的调温介质借助于所述供送单元通过所述回路系统能够供送给所述至少一个电池组并且由此能够加温所述至少一个电池组。也即，所述至少一个功率半导体经过所述供送单元配设给所述调温单元，该供送单元构造和布置用于在所述调温单元和所述至少一个功率半导体之间的热传输，其中，所述调温单元通过所述至少一个功率半导体的废热（该废热在所述电流切断和/或建立时产生）借助于或在使用所述供送单元的情况下能够加温。在此，所述供送单元优选构造为用于泵送调温介质或冷却剂的冷却剂泵。由此，能够实现所述供送单元或冷却剂泵的节省成本和节省重量的双重功能。一方面，所述供送单元将所述调温介质进行供送，以用于通过所述回路系统调温、尤其用于冷却所述至少一个电池组。另一方面，通过所述供送单元如此地能够反转在所述回路系统中的调温介质的流动方向，即，使得由此所述至少一个功率开关的废热直接或以最短的行程向着所述至少一个电池组的方向能够输送并且所述至少一个电池组由此相应能够被加温。所述至少一个功率半导体为此如此地布置在所述调温单元的附近，即，使得从所述至少一个功率半导体向着调温单元中的热传输或在功率半导体和调温单元之间的热学的相互作用是可行的。从而，经过设定调温介质的相应的流动方向，能够使得针对性地从所述至少一个功率半导体经过所述调温单元到所述至少一个电池组中的热传输得以建立。

此外，在根据本发明的调温装置中可行的是，所述至少一个功率半导体布置在所述调温单元处，尤其直接布置在所述调温单元处。由此，从所述至少一个功率半导体到所述调温单元中的优选的热传输是可行的。此外，所述至少一个功率半导体由此在需要时也能够通过所述调温单元来冷却。所述至少一个功率半导体或具有所述功率半导体的调温装置的功能构件在这里尤其直接机械地、也即形状配合和/或传力配合地与所述调温单元或与具有所述调温单元的调温装置的功能构件相连。把在所述至少一个功率半导体和调温单元之间的直接的连接部理解为一种连接部，在其中，没有或基本上没有中间元件或没有功能构件布置在所述至少一个功率半导体和所述调温单元之间。

有利的是，在根据本发明的调温装置中，所述至少一个功率半导体具有至少一个带有经绝缘的栅电极（igbt）的双极晶体管和/或功率-金属-氧化物-半导体-场效应晶体管（mosfet）或相应地构造。所述igbt具有尤其高的电压限度和电流限度。也即，例如7kv的电压和例如4ka的电流在例如100mw的功率中能够无损地控制和开关所述igbt。由此，通过所述igbt能够在相对可靠和稳健的工作方式中在其运行中，产生足够高的调温或足够高的废热，以用于加温所述至少一个电池组。此外，通过所述igbt使得无功率的或基本上无功率的操控可行。此外，所述igbt具有尤其高的脉冲可负载性。所述功率mosfet正如igbt那样具有尤其高的电压限度和电流限度。所述功率mosfet还具有相对于环境影响的高的稳健性。由此，所述功率mosfet良好地适用于应用在机动车中。

按照本发明的另一个方面，提供了一种尤其用于机动车的电驱动的电池组系统。所述电池组系统具有至少一个电池组以及正如前述那样具体说明的调温装置，其中，所述至少一个电池组通过所述调温装置能够加温。因此根据本发明的电池组系统带来了相同的优点，正如详细地参照根据本发明的调温装置所描述的优点那样。

所述至少一个电池组代表优选在与所述调温单元的直接的或在基本上直接的连接或热学的有效连接中的尽可能直接的热量传输。同样，所述至少一个功率半导体代表优选在与所述调温单元的直接的或在基本上直接的连接或热学的有效连接中的尽可能直接的热量传输。

所述至少一个电池组优选与所述至少一个电池组的至少一个耗件处于电连接中，或与所述耗件通过所述电池组系统的电的或机电的连接单元能够电连接和分离。所述至少一个电池组优选具有多个电池组电池，该电池组电池能够串联和/或并联。在此，所述电池组系统优选也具有多个电池组电池。将所述耗件在当前理解为一种系统，该系统利用所述至少一个电池组的电流和电压来供应或能够供应。所述耗件在当前例如是机动车电网或电动马达，该电动马达与所述机动车电网相连。

当前的电池组系统优选构造用于使用在车辆或机动车中。但是，本发明不限于使用在道路车辆中。从而可行的是，所述电池组系统也构造用于使用在轨道车辆中、水上行驶工具中、航空器、机器中和/或机器人中。此外，所述电池组系统也能够构造用于使用在静态的系统中。

按照本发明的另一个方面，提供了一种用于利用调温装置来加温电池组系统的至少一个电池组的方法，其中，所述调温装置具有带有调温单元的回路系统和用于切断和建立在所述至少一个电池组和耗件之间的电流的至少一个功率半导体。在所述方法中，所述调温单元通过所述至少一个功率半导体的废热来加温，该废热在所述电流切断和/或建立时产生。因此所述根据本发明的方法带来了相同的优点，正如详细地参照根据本发明的装置所描述的优点那样。尤其，通过当前的方法能够使得所述至少一个功率半导体的废热正如已经前述具体说明的那样有利地用于加温所述调温单元，通过该调温单元又能够或会加温所述至少一个电池组。

在按照本发明的一个改型方案中还可行的是，在一个方法中，所述回路系统具有供送单元，以用于供送通过所述回路系统的调温介质，其中，所述调温介质在所述回路系统中通过所述功率半导体的废热来加温，经加温的调温介质借助于所述供送单元通过所述回路系统被供送给所述至少一个电池组或向着所述至少一个电池组的方向进行供送并且由此加温所述至少一个电池组。对于加温所述至少一个电池组而言，为此能够正如已经前述那样来反转所述调温介质的流动方向或原本的流动方向。也即，所述调温介质的流动方向相比于一种情况（在其中，所述至少一个电池组不应被加温）借助于所述供送单元向着相反的流动方向进行指向。

在此有利的是，在根据本发明的方法中，所述至少一个功率半导体为了加温所述至少一个电池组而利用一种效率来运行，该效率低于这样的效率：当所述至少一个电池组不应或不会通过所述至少一个功率半导体加温时，利用该效率来运行所述至少一个功率半导体。通过减小所述效率能够产生所述至少一个功率半导体的较高的热损失或较高的废热。由此能够在机动车冷起动时较快地加温所述至少一个电池组。当所述至少一个功率半导体利用一种较低的或所述较低的效率来运行时，通过所述至少一个功率半导体来产生大于100w、优选在400w和1000w之间的范围中、尤其优选地在500w和800w之间的范围中的热损失。如果所述至少一个功率半导体利用较高的或正常的效率来运行时，通过所述至少一个功率半导体产生了大约200w的热损失。

对于在短时间中产生尽可能高的废热，在本发明的框架中还可行的是，在所述至少一个电池组和所述耗件之间的电流通过所述至少一个功率半导体利用在从19khz至25khz的范围中、尤其在从19.5khz至22khz的范围中的频率来切断和恢复。由此，能够产生足够大的废热并且所述电流的切断和恢复此外位于对于人类可察觉的频率范围之外，并且因此不会干扰地作用于在所述电池组系统的周边环境中的人员，例如具有所述电池组系统的机动车的驾驶员。

按照本发明的另一个方面，提供用于正如前述的电池组系统的至少一个电池组的调温的控件，其中，该控件被配置和构造用于执行同样前述的方法。为此，所述控件至少在数据技术上借助于缆线和/或无线电与所述电池组系统和/或调温装置相连。由此，根据本发明的控件带来了相同的优点，正如详细地参照根据本发明的调温装置以及根据本发明的方法所描述的优点那样。

其它的改进本发明的措施从对本发明的几个实施例的下述的说明中得出，所述实施例在附图中是示意展示的。全部从技术方案、说明书或者附图中得知的包括在结构上的细节和空间布置的特征和/或优点能够不仅针对自身也在各种组合中是本发明的主要方面。

附图说明

分别示意性地示出了：

图1是在标准运行中的具有调温装置的电池组系统，和

图2是具有按照本发明的一个实施方式的用于在低温运行中加温电池组电池的调温装置的电池组系统。

具体实施方式

具有相同的功能和作用方式的元件在图1和2中分别配有相同的附图标记。

图1示意示出了一种用于机动车的电驱动的电池组系统100a。所述电池组系统100a具有调温回路10，在该调温回路中布置有以冷却板为形式的基本上板状的调温单元20，其中，在该调温单元20上布置有功率半导体30。此外，在所述调温单元20处定位有具有多个电池组电池111的电池组110。为了在构造为冷却回路的调温回路10中循环调温介质或冷却剂，在所述调温回路10中布置有以冷却剂泵40为形式的供送单元40。此外，在所述调温回路10中放置有热交换器60以及调温元件70。所述调温元件70在此是所述电池组系统100a的调温装置1a的单元。在图1中还展示了电池组110的耗件200，该耗件能够是所述电池组系统100a的一部分。所述耗件200和所述电池组110通过所述功率半导体30彼此电连接或彼此能够相连和相应地能够彼此分离。为了控制和/或调节所述电池组系统100a或所述调温装置1a，所述电池组系统100a具有控件50a。

参考图2，接下来说明了根据本发明的电池组系统100以及用于该电池组系统100的根据本发明的调温装置1。在此，按照图2的电池组系统100在结构上基本上对应于按照图1的电池组系统100a，因此接下来为了避免不必要的重复而尤其说明了所述两个电池组系统的差别特征。

在图2中所展示的电池组系统100尤其由此与在图1中所示的电池组系统100a的不同之处在于，所述调温装置1不具有单独的调温元件70。在所示的调温装置100中，所述功率半导体30如此配设给调温单元20或安置在该调温单元处，即，使得所述调温单元20通过功率半导体30的废热（该废热在切断和/或建立在耗件200和电池组110之间的电流时产生）能够加温。对此，在回路系统10中的调温介质通过所述功率半导体的废热能够加温，并且所述供送单元40如此配置，即，使得所加温的调温介质通过所述回路系统10直接向着所述电池组110或向着所述电池组110的方向能够供送到该电池组的直接附近中并且由此能够加温所述至少一个电池组110。借助于所述供送单元40，能够在这里反转所述调温介质的流动方向，也即，所述供送单元40被相应地配置。所述功率半导体30按照在图2中所示的实施方式构造为igbt。

接下来，参考图2，说明了一种用于利用调温装置1来加温所述电池组系统100的电池组110的方法。在第一步骤中，在此，所述电池组110的加温的需求例如在机动车的冷起动的情况中被识别到。在接下来的步骤中，此时在所述回路系统10中的调温介质通过所述功率半导体30的废热来加温。在这里，所述功率半导体30在大约20khz的频率中利用低的效率来运行，在该效率中，在所述功率半导体30处出现了大约600w的热损失。在一个跟随其后的步骤中，由此所加温的调温介质此时借助于所述供送单元40通过所述回路系统10直接或以尽可能短的行程向着所述电池组110的方向供送，从而加温了所述电池组110。

为了执行前述的方法，按照图2提供和相应地配置了控件50，该控件经过缆线和/或无线地与所述电池组系统100和/或调温装置1相连。