CN118511363A - 用于运行用于机动车的高压存储模块的加热组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行用于机动车(11)的高压存储模块(1)的加热组件(10)的方法(100)，其中，所述加热组件(10)具有能够布置在由电池单体(2)形成的中间空间(5)中的流体加热装置(6)和电阻加热装置(7)。

Description

用于运行用于机动车的高压存储模块的加热组件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行用于机动车的高压存储模块的加热组件的方法，其中，加热组件具有能够布置在由电池单体形成的中间空间中的流体加热装置和电阻加热装置。

背景技术

已知高压存储器(也称为驱动电池或蓄电池)用于在向车辆的电驱动装置供电时提供电能。锂离子蓄电池的功率与温度相关。特别是在具有高能量密度或具有富锰单体化学性质的单体中或在使用固体电解质时，功率的这种温度相关性变得越来越明显：单体温度越低，可用功率越低。经典的加热方案需要大量的集成耗费，以便将加热能量尽可能靠近和高效地带到电池单体。在此冷却方案通常与加热结构的必要的安装空间相冲突。

在电动车辆的现今的高压存储结构中，电池单体例如借助于在电池单体之间、在电池单体上或在电池单体下方具有冷却液体的冷却盘管、在电池单体之间、在电池单体上或在电池单体下方具有与液体冷却装置的连接部的导热板、或者呈“浸没冷却装置”或“浸没加热装置”形式的液体绕流的电池单体被冷却和/或加热。在这些装置中，冷却液体也可以借助于加热装置被加热，以便实现对电池单体的加热。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于，改进一种用于运行用于机动车的高压存储模块的加热组件的方法。特别是应改进加热组件的运行，以便能够实现高压存储模块的协调加热。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的用于运行用于机动车的高压存储模块的加热组件的方法来实现。从属权利要求涉及本发明的有利改进方案。

根据第一方面，提出了一种用于运行用于机动车的高压存储模块的加热组件的方法，其中，加热组件具有流体加热装置和电阻加热装置，该流体加热装置和电阻加热装置能够布置在由电池单体形成的中间空间中，该方法包括以下步骤：确定高压存储模块的运行要求，以及根据该运行要求运行电阻加热装置和/或流体加热装置。

由此能够在高压存储模块的运行要求与能够由电阻加热装置和/或流体加热装置施加到高压存储模块上的加热功率之间建立关联，以便能够实现改进的对高压存储模块或其电池单体的加热或调温。因此，例如电阻加热装置或流体加热装置单独地或电阻加热装置与流体加热装置一起(特别是为了优化地利用两个加热功率)能够运行为均匀地加热高压存储模块。为此，特别是根据运行要求，流体加热装置和电阻加热装置可以借助于控制单元彼此分开地或一起控制。

高压存储模块特别是能量存储器或驱动电池或蓄电池，其特别是包括多个具有并联和串联连接的电池单体的模块。在这种情况下，特别是使用圆柱形的电池单体，其特别是以六边形的包装布置结构提供。所使用的电池单体的数量可以直接与电动车辆或混合动力车辆的行驶里程相关联并且可以提供例如400伏或800伏的运行电压。

在这样的高压存储模块中，电池单体特别是布置在彼此错开地相邻的单体排中。两个彼此错开地相邻布置的单体排在此特别是应理解为，相邻单体排的电池单体——关于中间空间的纵向轴线——以彼此相同的间距布置在不同的位置处，这由六边形包装产生。由此，相邻排的电池单体可以在其外周侧上彼此更靠近地布置，使得对于中间空间产生波状的和/或略微曲折的纵向形状，因为如果相邻单体排的相应单体没有彼此错开地布置，则相邻单体排的相应单体将彼此重叠。

流体加热装置特别是已知的流体冷却装置，该流体冷却装置被设置为加热高压存储模块。因此，流体加热装置被设置为将特别是借助于连续流加热器加热的液体输送到电池单体，以便能够在那里进行热传递。为了加热电池单体或高压存储模块，流体加热装置布置在电池单体之间的中间空间中并且特别是构造为流体冷却或加热盘管。在这种情况下，例如可以在电池单体之间平行地和/或曲折地布置或可布置流体加热装置的加热元件。

流体加热装置通常具有每个电池单体约3-7瓦加热功率的加热功率。该加热功率可以通过附加地使用电阻加热装置而显著地增加，以便能够实现改进的对高压存储模块的加热。

电阻加热装置被设置为将电能转换成热能(热)并且特别是构造为欧姆加热装置。在这种情况下，电阻加热装置可以类似于流体加热装置地构造成蛇形。例如，各个加热元件可以平行地和/或曲折地布置或可布置在电池单体之间并且构造成可插拔连接的，以便与用于电供应的母线连接。在这种情况下，电阻加热装置可以被设置为，为电池单体提供大约20瓦至40瓦的加热功率，特别是至最大60瓦的加热功率。

流体加热装置和电阻加热装置可以交替地布置在电池单体之间的中间空间中，使得电池单体的第一侧朝向流体加热装置并且电池单体的相对的第二侧朝向电阻加热装置。在这种情况下，流体加热装置和电阻加热装置在其外部几何形状中基本上可以构造成彼此对应，以便形成高压存储模块的结构加强和/或电池单体相对于彼此的位置固定，特别是在间隔件的意义上。

运行要求特别是目标变量、特别是高压存储模块或电池单体的可用(目标)功率，其可以通过运行加热组件来实现。例如，这样的运行要求可以是工作温度、例如用于改进的功率传输的最低温度、直至工作温度的温度差或随时间的温度变化。温度值可以例如基于温度测量值和/或机动车的高压存储器的温度负荷的运行模型来确定。

本发明尤其基于如下想法，即，锂离子蓄电池的性能是与温度相关的。特别在具有高能量密度或富锰单体化学物质的电池单体中或在使用固体电解质(全固态)时，功率的这种温度相关性变得越来越明显：单体温度越低，可用功率越低。特别地，充电方向极为与温度相关，例如快速充电例如仅在超过大约+20℃的温度下工作。

本发明现在尤其基于如下构思，即，使用一方面具有流体加热装置并且另一方面具有电阻加热装置的加热组件来有效地加热电池单体或高压存储模块，以便能够实现电池单体或与其连接的部件的优化运行。为此，应通过特别是同时地激活流体加热装置和电阻加热装置来尽可能均匀地加热电池单体。例如，可以设置流体加热装置和电阻加热装置的彼此协调一致的运行，以便能够实现对高压存储模块的平缓加热。通过确定高压存储模块的运行要求，可以借助于流体加热装置和/或电阻加热装置进行有针对性的加热。

在一个实施方式中，所述方法可以具有另外的步骤：根据运行要求设定电阻加热装置的加热功率。为了加热而提供的功率可以基于特定的运行要求可缩放地并且特别是可随时间变化地构造，以便为电池单体或高压存储模块提供预定的加热曲线或加热特性。因此能够实现有针对性地将热从电阻加热装置传递到电池单体，例如以减少高压存储模块内部的温度不均匀性，该温度不均匀性可能由于单独使用流体加热装置进行加热而发生。特别地，通过可由电阻加热装置施加的加热功率的可缩放性，能够实现适配于相应的计划或利用、例如快速充电或适配于预定的或预设的行驶路线。因此可以根据需要支持能够借助于高压存储模块提供的充电功率或能量供应。

在一个实施方式中，运行要求可以根据机动车的运行状态来确定。在这种情况下，机动车的运行状态可以是高压存储模块的当前或未来的快速充电或者当前或未来的行驶路线。在这种情况下，行驶路线特别是可以被划分成区段，其中可以根据路线区段需要或预定高压存储模块的不同的能量需求或恢复特性。例如，不需要对于每个行驶路线完全加热高压存储模块并且因此可以通过所提出的方法使高压存储模块的加热与行驶路线相适配。此外，还可以实现对用于快速充电的高压存储模块的调节：如果例如已知要进行这样的快速充电，则可以对应地利用电阻加热装置进行快速加热，例如加热到大约20℃，由此充电速度可以从20％提高到大约80％。

在一个实施方式中，可以基于行驶简档和/或导航输入来确定运行状态。行驶简档可以通过用户已知的使用行为来表征，并且特别是能够实现关于车辆或高压存储模块的使用的预测。导航输入特别是用户的目的地输入，以便获得一个或多个路线建议。基于目的地输入、路线建议和/或由用户选择的路线，例如可以确定能量需求和/或充电可能性，其又可以用作确定运行要求的基础。由此例如可以确定对能量供应的需要或恢复的可能性，由此可以确定和应用对应于加热策略或加热曲线的运行策略。这种测定或确定特别是可以借助于机动车和/或电动或混合驱动装置的控制器或控制装置来执行。

在一个实施方式中，运行要求可以是高压存储模块的充电过程。对于充电过程，特别是对于快速充电过程，高压存储模块的最佳运行温度至少为大约20℃。通过激活电阻加热装置，可以在大约一至三分钟的加热时间内实现从零下度到大约20℃的加热时间，这可以促进对高压存储模块的加速充电。为了实现对高压存储模块的最佳加热，例如可以同时激活流体加热装置，由此，一方面可以加速加热过程，并且另一方面可以更均匀地实现高压存储模块内部的温度分布。

在一个实施方式中，运行要求可以是高压存储模块的温度。特别地，运行要求是高压存储模块的预定温度，其基于运行规范。替代地，也可以根据需要测定温度，然后将其用作确定要施加的加热功率的基础。为此，特别是也可以使用外部温度与高压存储模块的目标温度之间的温度差。为此可以使用传统的用于测量温度的装置和方法。特别是在快速充电过程中，存储温度对于最佳结果是至关重要的，这就是为什么使用两个加热装置有针对性地且同时平缓地加热高压存储模块可以是有利的。

在一个实施方式中，电阻加热装置可以独立于流体加热装置运行。在这种情况下可以规定，电阻加热装置可以单独地控制或运行，而不考虑借助于流体加热装置可以提供的加热功率。如果在机动车投入运行之后不久会发生温度变化并且用于流体加热装置的流体不能立即使用连续流加热器加热到足够的程度，则这可以是特别有利的。

在一个实施方式中，电阻加热装置可以分区段地运行。为了面适配地加热高压存储模块而可以规定，部分地或局部地激活或运行电阻加热装置。例如可以规定，电阻加热装置对称地划分成两个子区域，这两个子区域可以彼此交替地布置，并且一个子区域设置为将电阻加热装置的总的可能的加热功率的相应一半传递给高压存储器的电池单体。根据运行要求，子区域中的任一个或两个可以运行以加热高压存储模块。因此可以实现根据需要适配地运行电阻加热装置，以便可适配地调节可用加热功率。

在一个实施方式中，电阻加热装置可以与时间相关地运行。替代或附加于上述区域式运行，电阻加热装置也可以以时间受控的方式运行。例如，电阻加热装置可以以脉冲的方式运行或接通和/或关断特定的时间段，以便能够使高压存储模块根据需要被加热并且特别是能够最佳地支持流体加热装置，从而能够实现尽可能均匀并且因此平缓的加热。

在一个实施方式中，电阻加热装置可以使用外部能量源来运行。特别是在充电过程期间可以规定，电阻加热装置利用由充电站提供的电能运行，以便优化地实现高压存储模块的加热。

在一个实施方式中，可以使用来自电池单体的能量来运行电阻加热装置。可以规定，待加热的电池单体本身提供用于运行或操作电阻加热装置的能量，以便形成用于电池单体的自供给加热系统。由此不需要与外部能源协调，从而可以简化对加热组件的控制。

附图说明

本发明的其它优点和应用可能性由以下结合附图的描述得出。

图1以示意图示出高压存储模块的实施例，所述高压存储模块能够借助于根据本发明的方法的示例性实施方式运行。

图2示出根据本发明的用于运行用于机动车的高压存储模块的加热组件的方法的示意图。

具体实施方式

在下文中，相同的附图标记表示相同或至少相似的特征。

图1示出了具有多个电池单体2和加热组件10的用于机动车11的示例性高压存储模块1。在高压存储模块1的存储空间3中，电池单体2在其包装平面内被六边形地包装；因此，各个单体排4彼此错开地布置。在每两个单体排4之间，所述组件因此分别具有中间空间5，该中间空间的在邻接的单体排之间的纵向延伸由于六边形的包装而成形为波浪形。因为设有多个单体排4，所以模块1在所示的包装平面(其可以是唯一的或是多个中的一个)中也具有多个中间空间5。

为了对高压存储模块1进行调温，该高压存储模块具有带有流体加热装置6和电阻加热装置7的加热组件10，其中，在彼此相继的中间空间5中分别交替地布置流体加热装置6的流体加热盘管61或流体加热元件和电阻加热装置7的电阻加热盘管71或电阻加热元件。

相邻的电阻加热元件71与电接口72一起构成电阻加热装置7。相邻的流体加热元件61与热交换器接口62一起构成流体加热装置6。在此，电阻加热装置7布置在存储空间3的第一侧上并且电阻加热元件71从该第一侧延伸到高压存储模块1的中间空间5中，并且流体加热装置6布置在存储空间3的相对的第二侧上并且流体加热元件61从该第二侧与电阻加热元件71交替地延伸到高压存储模块1的中间空间5中。

流体加热装置6和电阻加热装置7与控制单元9连接，其中，控制单元9被设置为确定高压存储模块1的运行要求并且根据运行要求运行或控制电阻加热装置7和流体加热装置6。为了确定运行要求，控制单元9能够使用车辆控制装置12的数据。在替代的实施例中，车辆控制装置12可以包括控制单元9或者构造成确定运行要求和/或控制加热组件10。

在图2中示意性地示出了根据本发明的用于运行用于机动车的高压存储模块1的加热组件10的方法100的实施例。

在第一步骤101中，确定高压存储模块10的运行要求。为此例如可以使用机动车的使用者的导航输入，在该导航输入的基础上确定机动车的运行状态、例如接近充电站。由此例如可以确定，该运行要求是高压存储模块1的充电过程并且为高压存储模块1设置预定的运行温度或者高压存储模块应当被加热到该预定的温度。

基于该运行要求，在步骤102中，激活电阻加热装置7和流体加热装置6。为此，可以借助于外部的能量源和/或借助于来自电池单体2的能量来运行电阻加热装置。

在另一步骤103中，根据运行要求来设定电阻加热装置7的加热功率。为此，电阻加热装置可以分区段地、即例如分子区域地运行，和/或与时间相关地、例如脉冲地运行，以便电阻加热装置7的加热功率将高压存储模块1的电池单体2尽可能平缓地且均匀地加热到期望的运行温度。在替代的实施例中，步骤102和103可以同时地或以修改的顺序执行，以便实现改进的对高压存储模块1的加热。

附图标记列表

1 高压存储模块

2 电池单体

3 存储空间

4 单体排

5 中间空间

6 流体加热装置

7 电阻加热装置

9 控制单元

10 加热组件

61 流体加热元件

62 接口

71 电阻加热元件

72 接口

100 方法

101、102；103 示例性方法的步骤

Claims (11)

1.一种用于运行用于机动车(11)的高压存储模块(1)的加热组件(10)的方法(100)，其中，所述加热组件(10)具有流体加热装置(6)和电阻加热装置(7)，所述流体加热装置和所述电阻加热装置能够布置在由电池单体(2)形成的中间空间(5)中，该方法包括以下步骤：

-确定(101)所述高压存储模块(1)的运行要求，以及

-根据所述运行要求运行(102)所述电阻加热装置(7)和/或所述流体加热装置(6)。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，包括另外的步骤：

-根据所述运行要求设定(103)所述电阻加热装置(7)的加热功率。

3.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，根据机动车(11)的运行状态来确定所述运行要求。

4.根据权利要求3所述的方法(100)，其中，基于导航输入来确定运行状态。

5.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，运行要求是所述高压存储模块(1)的充电过程。

6.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，所述运行要求是所述高压存储模块(1)的温度。

7.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，独立于所述流体加热装置(6)运行所述电阻加热装置(7)。

8.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，分区段地运行所述电阻加热装置(7)。

9.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，与时间相关地运行所述电阻加热装置(7)。

10.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，借助于外部的能量源运行所述电阻加热装置(7)。

11.根据前述权利要求之一所述的方法(100)，其中，借助于来自所述电池单体(2)的能量运行所述电阻加热装置(7)。