本发明涉及一种用于车辆电池的温度控制装置、具有这种温度控制装置的车辆以及用于控制设置在电池壳体中的车辆电池的温度的方法。
背景技术：
在车辆中，蓄能器被用作电能的可充电存储器。除了使用如起动器电池之外，电动和混合动力电动车辆还具有用于电驱动车辆的牵引电池。
这些电池总体上是温度敏感型，并且应该在较窄的温度范围内运行。然而，在寒冷的环境温度下，可能有必要加热电池，在较高的温度下，例如高于30℃，由于电池自身在其运行期间产生热量，所以通常需要冷却电池。
总体上使用独立于马达冷却回路的附加冷却回路来冷却电池。在适中的环境温度下，也就是说，如果很少的电池冷却就足够，则启动第一冷却步骤，在该步骤中通过电动泵将温度控制介质(即，在这种情况下为冷却剂)引导至电池以吸收热量。随后，经加热的冷却剂到达第一热量传递装置，在该第一热量传递装置中，经加热的冷却剂将所吸收的热量散发到环境空气中。运行电动泵所需的能量相对较少。
然而，在高环境温度下，由此可以实现的冷却效果不足，使得冷却剂至较低温度(例如，至低于环境温度的温度)的附加冷却(第二冷却步骤)是必需的。为此，例如可以通过相应的阀装置和控制装置来启动第二热量传递装置，例如，该第二热量传递装置可以与冷却回路中的第一热量传递装置平行设置。该第二热量传递装置通过制冷介质来冷却，也就是说，由冷却剂吸收的热量被排放至制冷介质。例如，可以为此使用车辆的空调系统的制冷介质。
如果需要高水平的冷却能力，也就是说，如果第二冷却步骤的第二热量传递装置启动，则空调装置的压缩机必须提供合适的制冷介质压力，使得最终可以达到期望的冷却剂温度。为此，需要比运行第一冷却步骤的电动泵明显更多的能量。
为了冷却电池，总体上将冷却剂引入例如位于电池下方的中间空间，该中间空间例如由电池壳体和固定至其上的板形成。这样的(冷却)板也可以充当热量传递装置，并且由于该装置在电池附近，所以在下文中被称为电池热量传递装置。电池热量传递装置例如可以由铝制成并且尤其用于通过由行驶风环绕的电池热量传递装置额外地冷却冷却剂，使得热量可以被排放到环境空气中。
然而，只有冷却剂的温度高于环境温度，才提供电池热量传递装置的这种冷却行为。然而，如果第二冷却步骤启用，也就是说，冷却剂具有低于环境温度的温度，则电池热量传递装置在这种情况下不会引起冷却剂的额外冷却，而是引起加热行为。在这种情况下，大部分可能的冷却能力被损失并且不能用于冷却电池，这是因为热量通过电池热量传递装置从环境空气传递至冷却剂。因此，需要更多能量来冷却电池。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种方法，通过该方法可以通过尤其减少能量需求来提高电池冷却效率。
该目的通过具有权利要求1的特征的装置、具有权利要求8的特征的车辆以及具有权利要求9的特征的方法来实现。与上述权利要求相关的从属权利要求包含根据本发明的解决方案的结构变型。
本发明基于在温度控制介质的温度低于环境温度或期望加热电池的情况下使电池热量传递装置相对于环境隔热的基本理念。然而，如果温度控制介质的温度高于环境温度并且期望冷却电池，则从温度控制介质到环境空气的热量传递旨在成为可能。在通常状况下，这总体上是这种情况：使得温度控制介质用作冷却剂。
充气室(空气室)可以被设置在电池热量传递装置下方，以使电池热量传递装置隔热并且因此使电池隔热。例如，该空气室可以被构造在电池热量传递装置和车辆的地板下的镶板之间。这种地板下的镶板总体上被安装在车辆的下侧以降低流动阻力。电池热量传递装置和地板下的镶板之间的间距可以很小并且可以例如约为10mm。
由于电池热量传递装置和/或地板下的镶板的大体上矩形的基本形状，所以可以例如通过泡沫密封件来产生可靠的密封。例如，这种泡沫密封件来自于已知的传统冷却包的密封。通过密封件防止与环境的空气交换，从而实现有效的隔热。
如果期望从温度控制介质到环境空气的热量传递，则旨在使空气室中的空气流动成为可能，以便能够不断供应新的较冷的环境空气。例如，这种空气流可以通过行驶风来产生。
为了能够产生这两种功能，也就是说，与环境空气的隔热或热量传递，根据当时状况，在起点处(即，在当沿车辆的向前行驶方向观察时的空气室的前端处)设置可关闭的空气进入口。如果期望隔热，则空气进入口被关闭或变为关闭。然而，如果期望空气流动，则空气进入口被打开或变为打开。空气室的后端相应地具有空气排出口。
根据本发明的用于车辆的电池的温度控制装置，尤其是电动车辆或混合动力电动车辆的牵引电池，具有被设置为彼此间隔开以形成中间空间的电池壳体和热量传递装置，该电池壳体具有设置在其中的电池并且该电池旨在使其温度受到控制。位于电池壳体附近的这个热量传递装置在下面被称为电池热量传递装置。
温度控制介质(例如，温度控制流体，尤其是冷却流体)可以例如通过中间空间借助于温度控制介质管线连接至温度控制介质存储器而被引入中间空间内，例如可以通过泵将温度控制介质从温度控制介质存储器传输到中间空间内。可以优选地形成或变得形成其部件为中间空间的温度控制介质回路。
换句话说，在电池壳体和电池热量传递装置之间形成中间空间，在该中间空间中可以设置温度控制介质，该温度控制介质用于冷却或加热电池壳体并且因此冷却或加热电池。在大多数应用中，电池的冷却将是必要的，使得温度控制介质是冷却剂，也就是说，用于冷却电池的介质。
中间空间可以具有任何形状，并且可以例如仅沿电池壳体的一个侧面延伸，或者也可以占据电池壳体的多个或全部侧面。为了提高电池壳体与温度控制介质之间以及电池热量传递装置与温度控制介质之间二者的热量传递，中间空间的定界面可以被构造为提供用于传递热量的尽可能大的表面。
温度控制装置还具有定界装置。在电池热量传递装置和定界装置之间设置有空气室(即，充气室或旨在用空气填充的腔室)，也就是说，电池热量传递装置和定界装置相对于彼此设置以在其间形成空气室。
因此，电池热量传递装置的至少一个侧面限定了中间空间，而电池热量传递装置的至少一个另外的侧面限定了空气室。例如，可以遵循如下由安装在车辆中的情形的角度来产生结构。电池热量传递装置被设置在定界装置上方，使得空气室被构造在其间。例如，空气室的外部界限可以通过定界装置和/或电池热量传递装置的相应的形状来实现。也可以例如以密封的形式设置有空气室的不同的周边界限。
冷却剂位于其中或冷却剂可以被引入其中的中间空间被设置在电池热量传递装置上方。具有旨在使其温度受到控制的电池的电池壳体被设置在中间空间上方。
温度控制介质的温度可以借助于电池热量传递装置通过热量能够从温度控制介质传递至空气室中的空气或反之亦然来进行控制。
空气室具有为了向空气室供应环境空气的空气进入口和为了从空气室排出空气的空气排出口。由此，可以在空气室中产生空气流，使得温度控制介质和环境空气之间的更快的热量传递成为可能。也可以设置空气进入口和/或空气排出口。
根据本发明提供的空气进入口能够关闭。由此，可以中断向空气室的空气供应并且阻碍温度控制介质与环境空气之间的热量传递。
例如，由de102007022298a1已知一种合适的闭合元件，并且该闭合元件可以被构造成可借助于驱动器移动。闭合元件可以是例如向下(即，沿道路的方向)突出的在旋开状态超出定界装置的可枢转的翻板或由其形成。替代地，闭合元件可以由类似于隔板的可以关闭或至少部分地释放空气进入口的线性可移动的滑动件形成。该闭合元件也可以被构造为柔性平面元件，该柔性平面元件可以通过弯曲而变形，使得空气进入口在更大或更小程度上被释放或关闭。
在期望加热电池的情况下关闭空气进入口是有利的，也就是说，旨在最大可能程度地阻止将来自温度控制介质的热量排放到环境空气，或者在有必要有尤其高的冷却能力的情况下关闭空气进入口是有利的。在后一种情况下，温度控制介质具有比环境空气更低的温度，使得旨在大体上防止从环境空气到温度控制介质的热量传递。
通过防止向空气室供应空气，仅在已经位于空气室中的空气和温度控制介质之间发生热量传递。随后，位于至少部分闭合的空气室中的空气由于其低热导率而以绝热的方式起作用，并且还阻碍环境与温度控制介质之间的热量传递。
因此，根据本发明的装置允许根据需求在温度控制介质和环境空气之间传递热量。
根据不同的结构变型，定界装置可以是车辆的地板下的镶板，使得空气室被设置在电池热量传递装置和地板下的镶板之间。由于车辆通常具有地板下的镶板以提高空气动力特性，所以存在的这个部件可以用作定界装置。在这种情况下，不需要附加的单独的定界装置，这有助于最小化车辆重量和生产成本。
根据另外的结构变型，空气室的外周边界限可以是电池热量传递装置和定界装置之间的密封件或者由其形成。例如，可以包括泡沫密封件。这样的密封件允许空气室相对于环境的特别良好的密封，并且在可应用甚至随后的情况下可以容易地安装。例如，如果定界装置是车辆的地板下的镶板，则电池热量传递装置和地板下的镶板之间的间距在许多情况下可能仅为大约10mm。通过密封件，尤其是泡沫密封件，可以特别容易地桥接和密封这种小间距。尤其是闭孔泡沫的另外的特点是热导率特别弱，从而可以实现良好的隔热。
根据另外的结构变型，空气排出口也可以是可关闭的。在关闭状态下，从而可以更有效地防止空气室与环境之间的空气交换，从而可以实现更好的隔热。
根据另外的结构变型，温度控制装置还可以具有用于打开和关闭空气进入口或空气进入口和空气排出口的控制装置，其中可以根据温度控制介质的温度和/或环境空气的温度来执行该控制。这允许根据温度控制介质和环境空气之间的热量传递是否期望而自动打开和关闭开口。
例如，如果温度控制介质的温度低于环境空气的温度，则可以至少通过空气进入口被关闭或者变成关闭而防止热量传递，以尽可能有效地冷却电池。然而，如果温度控制介质的温度高于环境空气的温度，并且如果仍然期望冷却电池，则可以通过空气进入口和空气排出口被打开或变为打开来实现热量传输。
此外，温度控制装置可以可选地具有用于在温度控制介质和环境空气之间传递热量的热量传递装置(上文称为第一热量传递装置)，和/或用于在温度控制介质和制冷介质之间传递热量的热量传递装置(上文称为第二热量传递装置)。
在这种情况下，包括也可以远离电池设置的单独的热量传递装置。例如，这些附加热量传递装置可以被设置在马达舱中，而电池可以被设置在车辆内部空间下方。在这种情况下，中间空间和用于在温度控制介质和环境空气之间传递热量的热量传递装置和/或用于在温度控制介质和制冷介质之间传递热量的热量传递装置通过温度控制介质管线彼此相互连接，以形成温度控制介质回路。
附加热量传递装置用于控制温度控制介质的温度，也就是说，通过将来自温度控制介质的热量传递至制冷介质来冷却温度控制介质，或者通过将热量传递至环境空气或从环境空气传递至温度控制介质来冷却或加热温度控制介质。
也可以存在所描述的两个附加热量传递装置。在这种情况下，二者优选地彼此平行地设置，使得温度控制介质回路包括两个附加热量传递装置中的一个或由其形成。
附加热量传递装置允许温度控制介质的温度根据需求进行控制。如背景技术中所描述，在正常状况下，使用用于在温度控制介质和环境空气之间传递热量的热量传递装置可能就足够了。这种热量传递装置的特征在于低能量消耗水平。
然而，在环境空气的温度非常高的情况下，可能需要将温度控制介质冷却至低于环境空气温度的温度，为此可以使用用于在温度控制介质和制冷介质之间传递热量的热量传递装置，然而，该热量传递装置与大体上较高的能量消耗水平有关。
由于涉及成本和重量的原因，所以今后将尝试省去用于在温度控制介质和环境空气之间传递热量的热量传递装置，使得在任何情况下必须借助于第二热量传递装置来实现温度控制介质的冷却。为了最小化能量消耗，在这种情况下，电池热量传递装置的隔热可能是特别重要的。
根据本发明的车辆包括具有上述特征的温度控制装置。具体地，可以包括电动车辆或混合动力电动车辆，例如，轻度混合动力电动车辆或全混合动力电动车辆。
根据本发明的方法用于通过温度控制介质来控制设置在电池壳体中的车辆电池(尤其是电动车辆或混合动力电动车辆的牵引电池)的温度。
为此，提供了被引导到电池壳体和热量传递装置(以下称为电池热量传递装置)之间的中间空间内的温度控制介质，以使热量在位于中间空间中的温度控制介质和电池壳体之间传递，并且以通过电池热量传递装置使热量在位于中间空间中的温度控制介质与进入设置在电池热量传递装置与定界装置之间的空气室内的空气之间传递。
在根据本发明旨在在温度控制介质和环境空气之间进行热量传递的情况下，环境空气被供应至空气室并且空气从空气室排出，并且在不旨在在温度控制介质和环境空气之间进行热量传递的情况下，不向空气室供应环境空气。
根据本发明的方法可以例如通过根据本发明的上述装置来执行。在这方面，用于说明根据本发明的装置的以上说明也用于描述根据本发明的方法。
根据不同的结构变型，温度控制介质可以被引导至用于在温度控制介质与环境空气之间传递热量的附加热量传递装置(在背景技术中称为第一热量传递装置)，其中通过该热量传递装置将热量从温度控制介质传递至环境空气，并且经冷却的温度控制介质被引导回到中间空间内。
根据另外的结构变型，温度控制介质可以被引导至用于在温度控制介质和制冷介质之间传递热量的附加热量传递装置(在背景技术中描述为第二热量传递装置)，可以通过该热量传递装置将热量从温度控制介质传递至制冷介质，并且经冷却的温度控制介质可以被引导回到中间空间内。
根据另外的结构变型，可以根据温度控制介质的温度和/或环境空气的温度来控制环境空气向空气室的供应。
附图说明
下面旨在参考实施例来更详细地说明本发明。在相关的附图中：
图1是根据本发明的装置的示意图。
具体实施方式
在下面说明的示例中，参考形成示例的一部分的附图，并且其中为了说明示出了本发明可以执行的具体实施例。在这方面，参考所描述的附图的方向来使用方向术语，诸如，例如“顶部”、“底部”、“向前”、“向后”、“前”、“后”等。由于实施例的部件可以以多个不同的方向设置，所以方向术语是用于说明的目的并且不以任何方式进行限制。
应当理解，可以使用其他实施例并且可以在不脱离本发明的保护范围的情况下进行结构或逻辑改变。因此，下面的实施方式不旨在以限制意义来解释，并且本发明的保护范围由所附权利要求限定。
图1示出了处于安装在车辆中的情形中的用于冷却例如全混合动力车辆的牵引电池1的根据本发明的装置的实施例。
旨在被冷却的电池1被设置在电池壳体2中。电池热量传递装置3被设置在电池壳体2下方，使得在电池壳体2和电池热量传递装置3之间形成中间空间4并且温度控制介质5可以通过温度控制介质管线11被引入其中。温度控制介质5在该示例中是市场上可买到的冷却剂。
定界装置6被设置在电池热量传递装置3下方，使得在电池热量传递装置3和定界装置6之间形成空气室7，空气14位于该空气室中。在该示例中，车辆的地板下的镶板用作定界装置6。空气室的外周边界限由密封件17形成，该密封件17在该示例中为泡沫密封件。
空气室7具有用于向空气室7供应环境空气10的空气进入口8，通过空气排出口9从空气室7排出空气。空气进入口8当沿车辆的向前行驶方向15观察时被设置在空气室7的前定界面，使得随着在车辆向前行驶移动期间产生空气流而环境空气可以流入空气室7内。空气排出口9被设置在空气室7的相对定界面中。空气进入口8可以关闭。
还设置有用于在温度控制介质5和环境空气10之间传递热量的热量传递装置12和用于在温度控制介质5和制冷介质之间传递热量的热量传递装置13，热量传递装置12和热量传递装置13通过温度控制介质管线11连接至中间空间4以形成温度控制介质回路并且彼此平行地设置在温度控制介质回路中。通过阀16可以确定是热量传递装置12旨在用于在温度控制介质5和环境空气10之间传递热量，还是热量传递装置13用于在温度控制介质5和用于冷却温度控制介质的制冷介质之间传递热量。
为了冷却电池1，温度控制介质5被引入到中间空间4内，使得热量从电池壳体2传递，并且因此也从电池1传递至中间空间4中的温度控制介质5。
经加热的温度控制介质5随后通过温度控制介质管线11被引导到用于在温度控制介质5和环境空气10之间传递热量的热量传递装置12内，或者被引导到用于在温度控制介质5和制冷介质之间传递热量的热量传递装置13内，其中根据温度控制介质5的温度和环境空气10的温度来通过阀16执行该选择。
如果环境空气10的温度低于温度控制介质5的温度，则温度控制介质5可以通过环境空气10来冷却。为此，一方面，热量传递装置12被用于在温度控制介质5与环境空气10之间传递热量，并且另一方面，电池热量传递装置3被用于在温度控制介质5与环境空气10之间传递热量。在这种情况下，期望在空气室7中有空气流，使得空气进入口8被打开或变为打开，以允许通过电池热量传递装置3来从温度控制介质5到环境空气10进行热量传递。
然而，如果环境空气10的温度高于温度控制介质5的温度，则温度控制介质5不能通过环境空气10来冷却。在这种情况下，温度控制介质5通过用于在温度控制介质5与制冷介质之间传递热量的热量传递装置13来冷却。此外，旨在最大可能程度地防止通过电池热量传递装置3传递热量，这是因为在这种情况下，热量将从环境空气10传递至温度控制介质5，使得将会产生冷却损失。因此，在这种情况下电池热量传递装置3必须隔热。这通过空气进入口8被关闭或变为关闭，使得环境空气10不能够流入空气室7来实现。此外，空气排出口9也应当关闭或者变为关闭，使得被封闭到空气室7中的空气14相对于定界装置6和环境空气10以隔热的方式起作用。
附图标记列表
1电池
2电池壳体
3电池热量传递装置
4中间空间
5温度控制介质
6定界装置
7空气室
8空气进入口
9空气排出口
10环境空气
11温度控制介质管线
12用于在温度控制介质和环境空气之间传递热量的热量传递装置
13用于在温度控制介质和制冷介质之间传递热量的热量传递装置
14空气
15车辆的向前行驶方向
16阀
17密封件