专利名称：热电单元、电池单元、给电池单元调温的装置和调温方法
技术领域：
本发明涉及一种用于给电池单元调温的热电单元、一种电池单元、一种用于给 电池单元调温的装置和一种用于给至少一个电池单元调温的方法。
背景技术：
在混合动力车辆和电动车辆中，常常通过用空气主动冷却来进行一个或者多个 电池的必需的冷却，其中用于冷却的空气从车辆的内部空间和/或从外部空气被提取。 如果用于冷却电池的空气源自车辆的内部空间，则通常使用分别带有通风机和蒸发器的 专用空调设备，以便有针对性地并且彼此无关地调节用于冷却电池的空气流的温度和体 积流量。常常，多个电池被组合成电池单元。上述的用于利用空气冷却电池的方法在这 种情况下也能被转用到组合成电池单元的电池。一种对借助空气来给电池或者电池单元调温的替换方案是借助所谓的热敏元件 进行调温。特定的热敏元件例如是所谓的珀耳帖元件(Peltier-Element)。热敏元件具有有 效面(Nutz-Flaeche)和所谓的耗损面(Waste-Flaeche)。有效面在这种情况下用于冷却或 者加热与有效面处于热连接的元件。如果有效面被用于进行冷却，则耗损面放出热能。 如果有效面被用于加热，则耗损面吸收热能。热敏元件通常包含电串联地且热并联地布 置的不同掺杂的半导体元件。流经热敏元件的电流的流向确定了有效面是吸收热能还是 放出热能。通过有针对性地控制流向因此可以调节热敏元件的冷却效果或者加热效果。这样构建的热敏元件也能被用于冷却或用于加热电池。US 7,061,208B2公开了一种用于调节蓄电池组的温度的温度调整装置，其中该 温度调整装置包括具有第一侧和第二侧的热电转换器，其中热电转换器被布置为使得 该热电转换器可以选择性地通过第一侧和第二侧进行热放出和热吸收或者通过第二侧和 第一侧进行热放出和热吸收；用于蓄电池组的保持装置，其中保持装置将蓄电池组保持 在蓄电池组位置上；以及用于液体流动的加速热交换的空间，其中该空间包含加速热交 换的液体，该液体以热学方式与热电转换器的第二侧耦合，其中加速热交换的液体包含 冷却液或者水；其中热电转换器的第一侧相对于用于蓄电池组的保持装置被布置来使得 当蓄电池组由用于蓄电池组的保持装置保持时，蓄电池组以热学方式与第一侧耦合。该 出版文献进一步公开了蓄电池组可被插入到用于蓄电池组的保持装置中。US 2006/0060236A1公开了一种用于调节辅助电池模块的温度的系统，该系统 包括带有入口和出口的壳体，其中该壳体被构造用于容纳多个电池；热传递环节，该 热传递环节与多个电池接触，其中该热传递环节包括朝向用于热传递介质的通道而开口 的部分，其中该通道被布置在壳体之内；以及温度调节器，其中该温度调节器被安装在 热传递环节中，其中温度调节器调节电池的温度。此外，该出版文献还公开了 热电元件与热传递环节处于热连接。在该出版文献中并未公开在热电元件与电池模块之间的直 接的热接触。
发明内容
提出以下技术问题设立一种用于给电池单元调温的热电单元，该热电单元能 够实现均勻地且低损耗地给电池调温，其中各个电池或者包括电池的电池单元可以与热 电单元无关地被替换。进一步提出以下技术问题设立一种电池单元，该电池单元能够 实现通过该热电单元给各个电池均勻地调温。此外，应该提供一种用于给电池单元调温 的相应合适的装置以及方法。所述技术问题的解决方案通过具有权利要求1、8、13和15 所述的特征的主题来得到。其它的有利的扩展方案由从属权利要求得到。建议一种用于给至少一个电池单元调温的热电单元，其中该热电单元包括带有 第一有效面和第一耗损面的第一热敏元件，其中该热电单元具有至少一个第二有效面， 其中第一有效面与第二有效面间隔地被布置，其中在第一有效面和第二有效面之间可布 置电池单元的至少一个电池。通过电池可被布置在其间的两个有效面有利地得到的是 与仅带有一个有效面的热接触相比能够实现给电池更均勻地调温、即冷却或者加热。进 一步有利地得到的是在电池和两个有效面之间存在直接的热接触。由此，避免了热 能传递时的损耗，尤其是因为在有效面和电池之间不必布置热传递环节。通过布置在两 个有效面之间此外还得到了将电池以机械方式保持、例如锁定或者固定在两个有效面之 间。两个有效面在这种情况下构造了至少一个电池的保持装置。优选地，两个有效面在 横向上彼此间隔，使得电池可从上面被插入到两个有效面之间。在已插入的状态下，电 池的侧面与两个有效面热接触。通过这种布置同时保护电池以免侧向移动或滑动。例如，第二有效面可以由第一热敏元件或者第二热敏元件来构造。由于热敏 元件可以具有不同的几何形状，所以可能的是，第一有效面和第二有效面由热敏元件构 造。在这种情况下，有利地得到的是为了给例如电池调温而仅需调节通过热敏元件的 电流的流向。如果第二有效面由第二热敏元件构造，则有利地得到的是可以调节对例 如电池的不同侧的不同冷却效果或者加热效果。在另一实施形式中，热电单元包括至少一个第一耗损通道段和/或至少一个第 二耗损通道段，其中至少第一耗损通道段与至少第一耗损面处于热连接和/或第二耗损 段与至少一个第二耗损面处于连接，其中二次液体(Sekundaerfluid)在至少第一耗损通道 段和/或第二耗损通道段中是可引导的。第二耗损面在这种情况下与第二有效面相关。 例如，第二有效面和第二耗损面由第二热敏元件构造。由于第一和/或第二热敏元件的 损耗面与在其中引导二次液体的通道段热连接，所以有利地通过热敏元件实现了改善的 (例如增强的)冷却效果或者加热效果。例如如果有效面用于冷却，则耗损面通过该热连 接向二次液体放出热能。在这种情况下，二次液体的温度越低，通过有效面实现越强的 冷却效果。二次液体例如是空气或者冷却水。进一步可能的是，第一通道段属于第一通道和/或第二通道段属于第二通道。 也可能的是，第一通道段和第二通道段是一个通道的段。优选地，该装置进一步包括用于二次液体的泵和换热器，其中换热器例如向环 境放出二次液体的热能。泵、换热器和与通道处于热连接的热电单元在这种情况下形成了闭合的回路，其中通道用于引导二次液体。优选地，通道段被构造为扁管(Flachmhr)的段。由此有利地得到的是热敏元 件以简单的方式可布置在扁管的外表面上。在这种情况下，热敏元件被布置在外表面上 使得热敏元件的耗损面与在扁管中可引导的二次液体处于热连接并且热敏元件的有效面 被布置在热敏元件的背离扁管的那侧上。通道段、尤其是扁管的段可以进一步被划分成多个分通道。这样，例如可以设 想的是，扁管被划分成该扁管的三个彼此分离的分通道，其中二次液体可以在每个分通 道中流动。由此有利地得到的是扁管的不同分通道可以例如用不同温度的二次液体 流过。由此，能有针对性地调节布置在相对应的段上的热敏元件的冷却效果或者加热效果。在另一实施形式中，热电单元具有至少两个其它的有效面，其中在所述至少两 个其它的有效面之间可布置有电池单元的其它的电池。由此，有利地得到的是例如一 个电池单元的多个电池可以通过热电单元来调温。进一步有利地得到的是可以有针对 性地并且单独地给一个电池单元的各个电池调温，因为具有有效面的热敏元件的冷却效 果或者加热效果可以单独地被调节。在另一实施形式中，热电单元的横截面具有带有热电单元的至少一个第一齿和 至少一个第二齿的梳状轮廓(Profil)，其中第一有效面被布置在热电单元的第一齿上而第 二有效面被布置在热电单元的第二齿上。例如可能的是，一个或者多个热敏元件的有效 面构造热电单元的第一齿和第二齿的侧面。梳状轮廓进一步具有热电单元的底部段。热 电单元的齿在这种情况下垂直地凸出于热电单元的底部段的表面。电池在这种情况下可 布置在热电单元的齿之间。如果电池例如被插入到热电单元的齿之间，则例如电池的侧 面或者所述侧面的部分与热电单元的齿的表面的至少部分处于热连接。在已插入的状态 下，例如电池的端面接触热电单元的底部段的底面，其中底面表示热电单元的底部段的 布置在热电单元的齿之间的面。优选地，热电单元具有多个齿。可能的是热电单元被布置在例如电动车辆或者混合动力车辆中，使得电池单 元或者电池可以从上面被插入到热电单元的齿之间。类似地，电池单元或者电池可以从 上面从热电单元中被取出。在这种情况下，热电单元的齿防止电池或者电池单元的侧向 移动或者滑动。同时，热电单元的底面防止了电池或者电池单元向下从热电单元中滑 出。热电单元在这种情况下构造用于电池或者电池单元的保持装置。通过热电单元的齿的长度确定了电池或者电池单元的表面的部分，该部分被热 电单元的表面、尤其是热电单元的齿的侧面以热学方式接触。在这种情况下可设想的 是，例如在热电单元的齿之间可容纳整个电池。可替换地，可设想的是，电池至少部分 可容纳在热电单元的齿之间。优选地，热电单元具有热电单元的多个齿，其中所述齿被布置在热电单元的底 部段上。由此能够实现的是多个电池、例如一个电池单元的多个电池可被热电单元容 纳。进一步可能的是，电池单元的横截面也具有梳状轮廓，其中电池单元具有电池单元 的至少一个第一齿和至少一个第二齿。在这种情况下，例如电池单元的第一齿和/或第 二齿可被构造为电池或者电池单元的第一齿和/或第二齿可以包括电池。类似于热电单 元，该电池单元具有电池单元的基段，其中电池单元的齿垂直地凸出于基段的表面。在这种情况下，热电单元的齿彼此间隔地被布置在热电单元的底部段上，使得电池单元的 齿可布置在热电单元的齿之间。电池单元的齿进一步彼此间隔地被布置在基段上，使得 在电池单元的齿之间可布置热电单元的齿。由此有利地得到的是电池单元和热电单元 的齿啮合是可能的。齿啮合在这种情况下保证了电池单元的机械保持。优选地， 在这种情况下，热电单元的齿的侧面直接紧靠着电池单元的齿的侧 面。这有利地实现了热电单元的齿与电池单元的齿之间的直接热接触。在另一实施形式中，热电单元的第一齿的表面或者所述表面的部分被构造为第 一有效面，而热电单元的第二齿的表面或者所述表面的部分被构造为第二有效面。热电 单元的齿的表面在此例如包含四个侧面和一个端面。在这种情况下，可设想的是，热敏 元件被构造为使得热电单元的齿的所有四个侧面和端面被构造为热敏元件的有效面。也 可设想的是，四个侧面和端面被构造为多个热敏元件的有效面。可替换地，可设想的 是，热电单元的齿的表面的仅仅部分被构造为一个或者多个热敏元件的有效面。这样， 例如可能的是，热电单元的齿的端面不被构造为有效面和/或热电单元的齿的侧面的仅 仅部分被构造为热敏元件的有效面。优选地，热电单元的齿的仅仅如下侧面或所述侧面 的部分被构造为一个或者多个热敏元件的有效面，所述侧面在电池单元的已插入的状态 下与电池单元的表面或者所述表面的部分、尤其是与电池单元的齿的表面的部分处于热 接触。进一步也可设想的是，热电单元的底部段的底面被构造为热敏元件的有效面， 该底面在电池单元的已插入的状态下例如与电池单元的齿的端面处于热接触。由此，在 电池单元的已插入的状态下有利地得到了从至少三侧给电池单元调温。在另一实施形式中，所述至少第一耗损通道段被布置在热电单元的至少第一齿 中和/或第二耗损通道段被布置在热电单元的至少第二齿中。由此，有利地得到的是 结构上良好地将用于引导二次液体的耗损通道集成到热电单元中，该热电单元的横截面 具有梳状轮廓。在该实施形式中，热敏元件被布置在耗损通道的外表面上。在这种情况 下，热敏元件和耗损通道段可以构造热电单元的齿。本发明进一步涉及一种电池单元，其中电池单元的至少一个第一电池可布置在 根据上述实施方案的热电单元的第一有效面和第二有效面之间。由此有利地得到的是 电池单元或者电池可被插入到热电单元中。电池单元或者电池也可以从热电单元中被取 出。由此有利地得到的是，可以替换电池单元或者电池。这例如可以是为了能够实现电 动车辆或者混合动力车辆的更大的作用范围所需的。这样，在电动车辆或者混合动力车辆中可以固定地布置热电单元。在该热电单 元中，电池单元或者电池是可插入的和可取出的。由此有利地得到的是例如可以简单 地将已放电的或者有故障的电池或者电池单元从电动车辆或者混合动力车辆中取出并且 可以通过完好的或者已充电的电池或者电池单元来置换。由于电池或者电池单元的保持 装置通过热电单元来构造，所以简化了电池或者电池单元的替换，其中在电池或者电池 单元的已插入的状态下可以保证改进地(例如更均勻地)给电池或者电池单元的调温。电池单元和/或热电单元可以进一步具有用于锁紧的装置，其中用于锁紧的装 置以机械方式固定被插入到热电单元中的电池单元或者电池。这样，电池单元或者电池在已插入的和锁紧的状态下不能从热电单元中被取出。为了将电池单元或者电池取出，首先必须解开用于锁紧的装置。用于锁紧的装置在这种情况下例如可以被构造为锁销或者被构造为可解开的卡锁连接。在另一实施形式中，电池单元包括至少一个其它的电池，其中所述其它的电池 可布置在热电单元的其它的有效面之间。由此有利地得到的是电池单元的多个电池可 以通过热电单元来调温，其中热电单元同时构造用于电池单元的多个电池的保持装置。在另一实施形式中，电池单元的横截面具有梳状轮廓，其中电池单元具有电池 单元的至少一个第一齿。如前面所阐述的那样，尤其是当热电单元例如同样具有带梳状 轮廓的横截面时，梳状横截面的构造能够实现电池单元和热电单元的齿啮合。在另一实施形式中，电池单元的电池固定地或可解开地彼此连接。如果电池固 定地彼此连接，则有利地得到的是电池单元的所有单元可以同时从热电单元中被取出 或者可以同时被插入到热电单元中。例如，如果电池单元的所有电池已放电或者有故 障，则电池单元的固定连接节省了替换电池的时间。如果电池可解开地彼此连接，则各个电池可以与其它电池无关地被替换。例 如，如果仅仅电池单元的一个或者几个电池有故障或者已放电并且因此必须被替换，则 这是有利的。在特定的实施形式中，电池可解开地彼此连接，其中在未解开的状态下， 电池单元可以作为整体(即所有电池一起)例如从热电单元中被取出。然而也可能的是 一个电池到其它电池的可解开的连接被解开，接着由此可以将所述电池单独地例如从热 电单元中取出。本发明进一步涉及一种用于给电池单元调温的装置，其中该装置包括至少一个 根据上述实施方案的热电单元和至少一个根据上述实施方案的电池单元，其中电池单元 的至少一个电池被布置在热电单元的至少两个有效面之间。本发明进一步涉及一种用于借助热电单元给至少一个电池单元调温的方法，其 中电池单元的至少一个电池被布置在热电单元的第一有效面和第二有效面之间，其中控 制单元调节第一有效面和/或第二有效面的温度。在这种情况下可设想的是，电池单元 的温度或者电池单元的各个电池的温度通过温度传感器被检测。所检测到的温度接着例 如以数据技术方式被传输给控制单元。控制单元将温度的预先确定的值与检测到的和所 传送的温度进行比较并且由差产生用于构造有效面的热敏元件的调节信号。在这种情 况下可设想的是，控制单元例如调节流经各个热敏元件的电流的流向。进一步可设想的 是，控制单元也调节所述电流的电流强度。在另一实施形式中，控制单元调节二次液体的温度，其中二次液体在至少一个 第一和/或第二耗损通道段中流动。由此有利地得到在给电池单元调温时的另一自由度。
借助实施例更为详细地阐述了本发明。附图图1示出了用于给电池单元调温的装置的示意性横截面，图2示出了热电单元的齿的示意性横截面，以及图3示出了二次液体的回路。
具体实施例方式图1示出了用于给电池单元2调温的装置1的示意性横截面。该装置1包括热电单元3和电池单元2。热电单元3在横截面上具有梳状轮廓。热电单元3的齿6垂直于 热电单元3的底部段5的表面4而凸出于所述底部段5的表面4。热电单元3的齿6在横 截面上分别具有两个侧面7和一个端面8。底部段5的表面4的布置在热电单元3的齿6 之间的段在这种情况下被称作热电单元3的底面9。热电单元3的齿6固定地通过底部段 5彼此连接。热电单元3的齿6进一步彼此间隔地被布置在热电单元3的底部段5上。电池单元2具有基段10和电池单元2的基段10的表面11。电池单元2进一步 具有电池单元2的齿12。类似于热电单元3的齿6，电池单元2的齿12在横截面上具有 电池单元2的齿12的两个侧面13和一个端面14。电池单元2的齿12垂直地凸出于基段 10的表面11。基本段10的表面11的布置在电池单元2的齿12之间的段在这种情况下 被称作电池单元2的基准面15。在图1中示出了，电池单元2从上面被插入到热电单元3中。在这种情况下， 电池单元2的齿12被布置在热电单元3的齿6之间。在这种情况下，热电单元3的齿6 的侧面7紧靠着电池单元2的齿12的侧面13。热电单元3的齿6的端面8进一步紧靠着 电池单元2的基准面15。电池单元2的齿12的端面14进一步紧靠着热电单元3的底面 9。侧面7、13、端面8直接紧靠着基准面15和端面14直接紧靠着底面9能够实现电池 单元2和热电单元3的直接热连接。在这种情况下应注意的是，出于纯表现技术的原因 在图1中略微间隔地示出了电池单元2和热电单元3。热电单元的侧面7在这种情况下是在图2中详细示出的一个或多个热敏元件16 的有效面23。第一齿6a的侧面7a在这种情况下构造了第一有效面23a。与第一齿6a相 邻地被布置在底部段5上的第二齿6b的侧面7b构造了第二有效面23b。在这种情况下， 侧面7b被布置在第二齿6b的朝向第一齿6a的侧面7a的那侧上。在第一有效面23a和 第二有效面23b之间插入电池单元2的第一齿12a。热电单元3的齿6包括热敏元件16，所述热敏元件16在图2中被详细示出。在 这种情况下，热电单元3的齿6的侧面7被构造为热敏元件16的有效面23。电池单元2 的齿12是电池单元2的电池。通过侧面7与电池的侧面13的热接触可以借助热敏元件 16来冷却或者加热电池。在图2中示出了热电单元3的齿6的示意性横截面。齿6包括布置在齿6的中 部的扁管17。扁管17通过隔板18被划分成扁管17的多个分通道。热敏元件16a、16b 被布置在扁管17的外表面上。热敏元件16a、16b分别具有耗损侧19和有效侧20。在 这种情况下，耗损侧19的耗损面21直接紧靠着扁管17的外表面。由此能够实现在耗损 侧19和在扁管17中流动的二次液体22之间的直接热连接。有效侧20的有效面23、23a 构造了热电单元3的齿6的侧面7。在这种情况下，有效面23、23a直接紧靠着电池单元 2的齿12的侧面13。图3示出了二次液体22的回路的概貌。在这种情况下，二次液体22从用于给电 池单元2调温的装置1的热电单元3 (例如通过热电单元3的齿6的扁管17)流向泵24。 通过输送二次液体22的泵24，二次液体22流经换热器25。在换热器25中，进行二次 液体22的热交换，例如与电动车辆或者混合动力车辆的外部区域进行热交换。二次液体22从换热器25 又流向热电单元3。
权利要求
1.一种用于给至少一个电池单元(2)调温的热电单元(3)，其包括第一热敏元件，所 述第一热敏元件带有第一有效面(23a)和第一耗损面，其特征在于，所述热电单元(3)具有至少一个第二有效面(23b)，其中第一有效面(23a)与第二有 效面(23b)间隔地被布置，其中在第一和第二有效面(23a，23b)之间能够布置电池单元 (2)的至少一个电池。
2.根据权利要求1所述的热电单元(3)，其特征在于，第二有效面(23b)由第一热敏 元件或者由第二热敏元件来构造。
3.根据权利要求1或2之一所述的热电单元(3)，其特征在于，所述热电单元(3)包 括至少一个第一耗损通道段和/或至少一个第二耗损通道段，其中至少第一耗损通道段 与至少第一耗损面处于热连接和/或第二耗损通道段与至少一个第二耗损面以热学方式 处于连接，其中二次液体(22)能在至少第一耗损通道段和/或第二耗损通道段中被引 导。
4.根据上述权利要求之一所述的热电单元(3)，其特征在于，热电单元(3)具有至 少两个其它的有效面(23)，其中在所述至少两个其它的有效面(23)之间能布置电池单元 (2)的其它的电池。
5.根据上述权利要求之一所述的热电单元(3)，其特征在于，所述热电单元(3)的横 截面具有带有所述热电单元(3)的至少一个第一和第二齿(6a，6b)的梳状轮廓，其中第 一有效面(23a)被布置在所述热电单元(3)的第一齿(6a)上而第二有效面(23b)被布置 在所述热电单元(3)的第二齿(6b)上。
6.根据权利要求5所述的热电单元(3)，其特征在于，所述热电单元(3)的第一齿 (6a)的表面或者所述表面的部分被构造为第一有效面(23a)，而所述热电单元(3)的第二 齿(6b)的表面或者所述表面的部分被构造为第二有效面(23b)。
7.根据权利要求5或6之一所述的热电单元(3)，其特征在于，至少第一耗损通道段 被布置在所述热电单元(3)的至少第一齿(6a)中和/或第二耗损通道段被布置在所述热 电单元(3)的至少第二齿(6b)中。
8.—种电池单元(2)，其特征在于，在根据权利要求1至7之一所述的热电单元(3)的第一和第二有效面(23a，23b)之 间能布置所述电池单元(2)的至少一个第一电池。
9.根据权利要求8所述的电池单元(2)，其特征在于，所述电池单元(2)包括至少一 个其它的电池，其中其它的电池能被布置在热电单元⑶的其它的有效面(23)之间。
10.根据权利要求8或9之一所述的电池单元(2)，其特征在于，所述电池单元(2) 的横截面具有梳状轮廓，其中所述电池单元(2)具有所述电池单元(2)的至少一个第一齿 (12a)。
11.根据权利要求10所述的电池单元(2)，其特征在于，至少第一齿(12a)被构造为 电池或者包括电池。
12.根据权利要求9至11之一所述的电池单元(2)，其特征在于，所述电池单元(2) 的电池固定地或者能被解开地彼此连接。
13.—种用于给电池单元(2)调温的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)包括至少一 个根据权利要求1至7之一所述的热电单元(3)和根据权利要求8至12之一所述的电池 单元(2)，其中所述电池单元(2)的至少一个电池被布置在所述热电单元(3)的至少两个 有效面(23，23a，23b)之间。
14.根据权利要求13所述的装置(13)，其特征在于，所述装置(1)包括至少一个根据 权利要求5至7所述的热电单元(3)和至少一个根据权利要求10至12之一所述的电池单 元(2)，其中电池单元⑵的第一齿(12a)能被布置在热电单元(3)的齿(6)之间。
15.—种用于借助热电单元(3)给至少一个电池单元(2)调温的方法，其特征在于， 电池单元(2)的至少一个电池被布置在热电单元(3)的第一和第二有效面(23a，23b)之 间，其中控制单元调节第一和/或第二有效面(23a，23b)的温度。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述控制单元调节二次液体(22)的 温度，其中二次液体(22)在至少一个第一和/或第二耗损通道段中流动。
全文摘要
本发明涉及热电单元、电池单元、给电池单元调温的装置和调温方法。用于给至少一个电池单元(2)调温的热电单元(3)包括第一热敏元件(16a)，所述第一热敏元件(16a)带有第一有效面(23a)和第一耗损面，其中热电单元(3)具有至少一个第二有效面(23b)，其中第一有效面(23a)与第二有效面(23b)间隔地被布置，其中在第一和第二有效面(23a，23b)之间可布置电池单元(2)的至少一个电池。并且，本发明涉及一种电池单元(2)、一种用于给电池单元(2)调温的装置(1)和用于给至少一个电池单元(2)调温的方法。
文档编号H01M10/50GK102025003SQ20101028435
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月14日 优先权日2009年9月14日
发明者C·贝特歇尔 申请人:大众汽车有限公司