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TECHNISCHES GEBIET
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Das
technische Gebiet betrifft allgemein eine Batteriepackung und betrifft
insbesondere eine Batteriepackung für ein Fahrzeug, wie ein Kraftfahrzeug.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge,
wie Kraftfahrzeuge, verwenden eine oder mehrere Batterien als eine
Energiequelle für
zahlreiche Systeme des Fahrzeugs. Ein Beispiel eines Fahrzeugsystems,
das Batterieleistung verwendet, ist das Vortriebssystem. Es existieren
Fahrzeugvortriebssysteme, die ausschließlich einen Motor verwenden,
der durch Elektrizität
betrieben wird, die von einer oder mehreren Batterien entnommen wird
(d. h. ein Elektromotor), und es existieren Vortriebssysteme, die
einen Elektromotor in Kombination mit einer Brennkraftmaschine verwenden,
um das Fahrzeug anzutreiben, das typischerweise als ein Hybridfahrzeug
bezeichnet wird.
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Zusätzlich zum
elektrischen Antrieb und zum elektrischen Antrieb in Kombination
mit einem anderen Antriebssystem (beispielsweise einer Brennkraftmaschine)
sind Vortriebssysteme verfügbar.
Die Verwendung eines elektrischen Antriebs entweder individuell
oder in Kombination mit anderen Antriebssystemen zum Fahrzeugantrieb
und der Gebrauch von Batterieenergie für andere Fahrzeugsysteme umfassen
vorteilhafterweise eine thermische Regulierung der einen oder mehreren
Batterien, die zur Bildung der elektrischen Energiequelle verwendet
sind.
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Derzeit
umfassen thermisch regulierte Batteriesysteme für Fahrzeugbatterien, sind jedoch
nicht darauf beschränkt,
ein Kühlmittel
zwischen einem batterieinternen Wärmetauscher und einem thermischen
Fahrzeugsystem. Mit dieser derzeitigen Anordnung existieren zumindest
zwei Probleme. Erstens ist der batterieinterne Wärmetauscher aufgrund der komplexen
Form und hohen Anzahl von Batteriezellen, hohen Toleranzen, von
Zellenoberflächenbeschaffenheiten,
einer Verteileroberflächenbeschaffenheit
und der hohen Anzahl von Dichtungen ein komplizierter Aufbau. Zweitens
ist das thermische Fahrzeugsystem ebenfalls kompliziert und besitzt zahlreiche
Komponenten. Beispielsweise umfassen derzeitige thermische Fahrzeugsysteme
mehrere Wärmeübertragungsschleifen
mit passiven Radiatorkühl-
und aktiven Kompressorkühlschleifen,
einer Widerstandsheizung, Pumpen, Kondensatoren, Kühlern, Expansionsventilen,
3-Wege-Ventilen
und der Steuerhardware und/oder -software für die vielen Komponenten. Es
wird kontinuierlich nach Alternativen für dieses komplizierte thermische
Fahrzeugsystem mit zahlreichen Teilen und Alternativen für den batterieinternen
Wärmetauscher
mit komplizierten Aufbauten, komplexen Formen, hohen Toleranzen, Oberflächenbeschaffenheit
und einer großen
Anzahl von Dichtungen gesucht, um Fahrzeugbatteriesysteme zum Gebrauch
in Elektro- oder Hybridfahrzeugen oder zum Gebrauch in Systemen
anderer Fahrzeugkonfigurationen thermisch zu regulieren.
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Es
ist ein thermisch reguliertes Batteriesystem eingeführt worden,
das thermoelektrische Halbleitereinheiten verwendet, die gemäß dem Peltier-Effekt arbeiten (d.
h. eine Peltier-Vorrichtung). Die thermoelektrischen Halbleitereinheiten
in diesem bisherigen System sind außerhalb der Batterieschale,
die die mehreren Batteriezellen, die eine Batteriepackung bilden,
hält, in
einem Ausgangsdurchlass angeordnet. Dieses System nach dem Stand
der Technik besitzt eine Anzahl von Beschränkungen, ein schließlich, jedoch
nicht darauf beschränkt,
der Unfähigkeit,
einzelne Batteriezellen zu erwärmen
oder zu kühlen,
sowie einem reduzierten Kühl- und/oder Erwärmungswirkungsgrad,
wenn die Erwärmungs- und/oder
Kühlquelle
(d. h. die thermoelektrischen Halbleitereinheiten) von einer nächsten Nähe zu den Batteriezellen
entfernt sind.
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Angesichts
des Vorhergehenden ist es erwünscht,
die Fähigkeit
bereitzustellen, Batterien einer Batteriepackung einzeln zu erwärmen und/oder zu
kühlen,
und ist es auch erwünscht,
den Erwärmungs-
und/oder Kühlungswirkungsgrad
zu verbessern. Zusätzlich
ist es erwünscht,
die Komplexität
von batterieinternen Wärmetauschern
zu reduzieren, sowie die Komplexität von thermischen Fahrzeugsystemen
zu reduzieren. Ferner ist es erwünscht,
derartige Charakteristiken, wie Volumen, Gewicht, Zuverlässigkeit
und Kosten, zu verbessern. Überdies
werden andere erwünschte
Merkmale und Charakteristiken aus der nachfolgenden Zusammenfassung
und detaillierten Beschreibung sowie den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den
begleitenden Zeichnungen und diesem Hintergrund offensichtlich.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
ist eine Batteriepackung (engl.: ”battery back”) für ein Fahrzeug
vorgesehen, die umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist,
eine erste Batteriezelle, eine erste thermoelektrische Halbleitervorrichtung,
die bei diesem Beispiel eine Peltier-Vorrichtung ist, die mit der
ersten Batteriezelle gekoppelt ist, und einen Wärmetauscher, der mit der ersten
thermoelektrischen Halbleitervorrichtung gekoppelt ist. Die Batteriepackung
kann auch eine zweite Batteriezelle und eine zweite thermoelektrische
Halbleitervorrichtung aufweisen, die mit der zweiten Batteriezelle
gekoppelt und mit dem Wärmetauscher
gekoppelt ist. Die zweite thermoelektrische Halblei tervorrichtung kann
zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle
angeordnet sein, und die erste thermoelektrische Halbleitervorrichtung
ist bevorzugt derart angepasst, dass sie eine erste Temperatur der ersten
Batteriezelle steuert, und die zweite thermoelektrische Halbleitervorrichtung
ist bevorzugt angepasst, dass sie eine zweite Temperatur der zweiten Batteriezelle
auf eine Art und Weise steuert, die im Wesentlichen unabhängig von
der Steuerung der ersten Temperatur der ersten Batteriezelle durch
die erste thermoelektrische Halbleitervorrichtung ist. Die Batteriepackung
kann ferner N Batteriezellen zusätzlich
zu der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle sowie
N thermoelektrische Halbleitervorrichtungen aufweisen, die mit den
N Batteriezellen gekoppelt sind, wobei N eine ganze Zahl größer als Null
ist. Die N thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen können mit
den N Batteriezellen gekoppelt und zwischen zwei benachbarten Batteriezellen
der N Batteriezellen angeordnet sein.
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Die
Batteriepackung ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug verfügbar, und
die erste Batteriezelle ist für
eine durch einen Elektromotor entnommene Leistung verfügbar, und
der Elektromotor kann derart konfiguriert sein, dass das Fahrzeug
individuell angetrieben wird oder das Fahrzeug in Kombination mit
einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Alternativ dazu kann
die Batteriepackung auch für elektrische
Brennstoffzellenfahrzeuge (EBZFs) verwendet werden und die Batteriepackung
ist auch zur Verwendung bei der Energieversorgung einer Klimaanlageneinheit,
elektrischen Heizungen, Pumpen und/oder Gebläsen verfügbar.
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Die
erste thermoelektrische Halbleitervorrichtung umfasst, ist jedoch
nicht darauf beschränkt, eine
erste Keramikplatte, die mit der ersten Batteriezelle gekoppelt
ist, eine zweite Keramikplatte, die mit dem Wärmetauscher gekoppelt ist,
einen N-Leiter, der zwischen der ersten Keramik platte und der zweiten
Keramikplatte angeordnet ist, sowie einen P-Leiter, der zwischen
der ersten Keramikplatte und der zweiten Keramikplatte angeordnet
ist, und bei einer alternativen Ausführungsform kann die erste thermoelektrische
Halbleitervorrichtung eine Wärme
leitende Rippe aufweisen, die mit der ersten Batteriezelle gekoppelt
ist.
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Es
ist auch eine Batteriepackung für
ein Fahrzeug vorgesehen, die ein Mittel zum Speichern von Energie,
ein Mittel zur Erzeugung eines Peltier-Effekts, das mit dem Mittel zum Speichern
von Energie gekoppelt ist, und ein Mittel zum Übertragen von thermischer Energie
aufweist, das mit dem Mittel zum Erzeugen des Peltier-Effekts gekoppelt
ist. Diese Batteriepackung kann auch N Mittel zur Speicherung von
Energie zusätzlich
zu dem Mittel zur Speicherung von Energie und N thermoelektrische
Halbleitervorrichtungen, die mit den N Mitteln zur Speicherung von
Energie gekoppelt sind, aufweisen, wobei N eine ganze Zahl größer als
Null ist. Bei einer Ausführungsform
sind die N thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen mit den N
Mitteln zur Speicherung von Energie gekoppelt und zwischen zwei benachbarten
Mitteln zur Speicherung von Energie der N Mittel zur Speicherung
von Energie angeordnet. Die N Mittel zur Speicherung von Energie
können
mit einer beliebigen Anzahl von Vorrichtungen und einem Fahrzeugsystem
gekoppelt sein, das einen Elektromotor aufweist, der durch Elektrizität, die von
den N Mitteln zur Speicherung von Energie entnommen wird, betrieben
wird, um das Fahrzeug anzutreiben und auch das Fahrzeug in Kombination
mit einer Brennkraftmaschine anzutreiben.
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Es
ist auch ein Batteriesystem für
ein Fahrzeug vorgesehen, das umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist,
eine Wärmeübertragungsschleife, eine
erste Batteriezelle, eine erste thermoelektrische Halbleitervorrichtung,
die mit der ersten Batteriezelle und der Wärmeübertragungsschleife gekoppelt
ist, eine Quelle für
variable Spannung, die mit der ersten thermoelektri schen Halbleitervorrichtung
gekoppelt ist, einen ersten Temperatursensor, der mit der ersten Batteriezelle
gekoppelt ist, sowie einen Controller, der mit der Quelle für variable
Spannung und dem ersten Temperatursensor gekoppelt ist. Der Controller
ist derart konfiguriert, dass er ein Signal, das eine erste Temperatur
der ersten Batteriezelle angibt, von dem ersten Temperatursensor
empfängt
und eine erste Spannung der Quelle für variable Spannung, die an
die erste thermoelektrische Halbleitervorrichtung angelegt ist,
zumindest teilweise auf Grundlage einer Bewertung der ersten Temperatur
einstellt. Dieses Batteriesystem kann auch eine zweite Batteriezelle,
eine zweite thermoelektrische Halbleitervorrichtung, die mit der
zweiten Batteriezelle und der Wärmeübertragungsschleife
gekoppelt ist, eine zweite Quelle für variable Spannung, die mit
der zweiten thermoelektrischen Halbleitervorrichtung gekoppelt ist,
sowie einen zweiten Temperatursensor, der mit der zweiten Batteriezelle
gekoppelt ist, aufweisen. Der Controller ist mit der zweiten Quelle
für variable Spannung
und dem zweiten Temperatursensor gekoppelt und derart konfiguriert,
dass er ein zweites Signal, das eine zweite Temperatur der zweiten
Batteriezelle angibt, von dem zweiten Temperatursensor empfängt und
eine zweite Spannung der zweiten Quelle für variable Spannung, die an
die zweite thermoelektrische Halbleitervorrichtung angelegt ist,
zumindest teilweise auf Grundlage einer zweiten Bewertung der zweiten
Temperatur einstellt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Ausführungsformen
werden hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren
beschrieben, in welchen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen
und in welchen:
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1 ein
Batteriesystem gemäß einer
ersten Ausführungsform
zeigt;
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2 die
in 1 gezeigte Batteriepackung gemäß einer ersten Ausführungsform
zeigt;
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3 die
in 1 gezeigte Batteriepackung gemäß einer zweiten Ausführungsform
zeigt; und
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4 ein
Batteriesystem gemäß einer
zweiten Ausführungsform
zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich beispielhafter
Natur und nicht dazu bestimmt, die Anwendung bzw. deren Gebräuche zu
beschränken.
Ferner ist es nicht beabsichtigt, durch irgendeine Theorie beschränkt zu sein,
die in dem vorhergehenden Hintergrund oder der Zusammenfassung oder der
folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt ist.
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1 zeigt
ein Batteriesystem 100 gemäß einer ersten Ausführungsform.
Das Batteriesystem 100 umfasst, ist jedoch nicht darauf
beschränkt,
eine Wärmeübertragungsschleife 102,
die bevorzugt eine einzelne Wärmeübertragungsschleife
ist, wie gezeigt ist, sowie eine Batteriepackung 104. Die
Wärmeübertragungsschleife 102 besitzt
eine Pumpe 106, die ein Wärmeübertragungsfluid (beispielsweise
eine Wärmeübertragungsflüssigkeit
oder ein Wärmeübertragungsgas,
einschließlich
Luft, die/das durch die Wärmeübertragungsschleife 102 strömt, um Wärme an Vorrichtungen
zu übertragen,
die eine derartige Wärme
dissipieren und/oder gebrauchen), treibt, das bevorzugt innerhalb
eines Aufbaus, wie einem Kühlmittelrohr,
enthalten ist. Die Pumpe 106 kann eine beliebige Anzahl
von Konfigurati onen besitzen, einschließlich ein Gebläse, das
das Wärmeübertragungsfluid
von der Batteriepackung 104 zu einem Radiator bzw. Kühler 110 bewegt.
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Die
Batteriepackung 104, die bevorzugt in einem Batteriegehäuse 112 oder
einer Batterieschale enthalten ist, erzeugt während der Lade- und Entladezyklen
Wärme,
da die Batteriepackung 104 Ladungen bereitstellt und Elektrizität zur Verwendung
durch die Systeme des Fahrzeugs (nicht gezeigt) entlädt. Beispielsweise
kann die Batteriepackung eine Klimaanlageneinheit 114 (oder
elektrische Heizer, Pumpen und/oder Gebläse.) und/oder einen Elektromotor 116 (oder
eine Klimaanlageneinheit, elektrische Heizer, Pumpen und/oder Gebläse) betreiben,
die durch von der Batteriepackung 104 entnommene Elektrizität betrieben
werden, um das Fahrzeug entweder einzeln oder in Kombination mit
anderen Antriebssystemen (beispielsweise einer Brennkraftmaschine)
für ein
Hybridfahrzeug oder für
ein elektrisches Brennstoffzellenfahrzeug (EBZF) anzutreiben. Das
Fahrzeug kann eine beliebige Anzahl von Land-(beispielsweise ein
Auto), Wasser-, Luft- oder Raum-Fahrzeugen sein, die Batterieenergie
zum Betrieb von Fahrzeugfunktionen verwenden, einschließlich, jedoch
nicht darauf beschränkt,
Hybridfahrzeuge.
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Die
thermische Steuerung der Batterie während des Gebrauchs durch die
eine oder die mehreren Fahrzeugfunktionen wird mit einem Controller 118 geleitet,
der mit der zumindest einen Quelle 120 für variable
Spannung und zumindest einem Temperatursensor 122 gekoppelt
ist. Der Controller 118, der eine beliebige Anzahl von
Hardware-, Software- und/oder Firmware-Konfigurationen besitzen
kann, ist derart konfiguriert, dass er ein Signal von dem Temperatursensor 122 empfängt, das
eine Temperatur der Batteriepackung 104 als Ganzem oder
einer einzelnen Batteriezelle oder von Batteriezellen der Batteriepackung 104 angibt.
Der Controller 118 ist ferner derart konfiguriert, dass
er eine Spannung der Quelle 120 für variable Spannung, die an
eine thermoelektrische Halbleitervorrichtung angelegt wird, was
in einem Erwärmen
oder Kühlen
einer Batteriezelle oder von Batteriezellen resultiert, zumindest teilweise
auf Grundlage einer Bewertung der Temperatur durch den Controller 118 einstellt.
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Nun
Bezug nehmend auf 2 ist die Batteriepackung 104 von 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
dargestellt. Die Batteriepackung 104 empfängt die
Spannung von der Quelle 120 für variable Spannung gesteuert
durch den Controller 118, was in einem Erwärmen oder
Kühlen
zumindest einer der Batteriezellen 202, 204, 206 und
bevorzugt im Wesentlichen aller oder aller Batteriezellen 202. 204. 206 resultiert.
Zusätzlich
können
N zusätzliche
Zellen, wobei N eine ganze Zahl größer als Eins ist, die in 1 nicht
gezeigt sind, dazu verwendet werden, die Batteriepackung 104 zu
bilden, und zumindest eine der Batteriezellen 202, 204, 206 und
bevorzugt im Wesentlichen alle oder alle der Batteriezellen der Batteriepackung 104 sind
mit einer thermoelektrischen Halbleitervorrichtung 208, 210, 212 und
der Wärmeübertragungsschleife 102,
die das Wärmeübertragungsfluid 108 aufweist,
gekoppelt. Über
dies sind gemäß einer
Ausführungsform
N thermoelektrische Halbleitervorrichtungen zusätzlich zu den thermoelektrischen
Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 vorgesehen
und den N zusätzlichen
Zellen zugeordnet.
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Bei
diesem Beispiel sind die thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212,
die derart konfiguriert sind, dass sie gemäß dem Peltier-Effekt (d. h. eine
Peltier-Vorrichtungen) arbeiten, und allgemein als Peltier-Vorrichtungen bezeichnet
sind, mit den Batteriezellen 202, 204, 206 gekoppelt
und aus zumindest einem Halbleiter 214 vom N-Typ gebildet,
der in Reihe mit einem Halbleiter 216 vom P-Typ verbunden
ist. Die thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 sind
in 1 mit drei Reihenpaaren von Halbleitern vom N-Typ
und Halbleitern vom P-Typ gezeigt, wobei jedoch zusätzliche Reihenpaare
in einer oder mehreren der thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 oder anderen
derartigen Vorrichtungen enthalten sein können, die in dieser beispielhaften
Ausführungsform nicht
dargestellt sind.
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Der
Halbleiter 214 vom N-Typ und der Halbleiter 216 vom
P-Typ sind durch Metallbrücken 218 getrennt
und zwischen Keramikplatten 220, 222 angeordnet.
Wenn eine Gleich-(DC)-Spannung über den
Halbleiter 214 vom N-Typ und den Halbleiter 216 vom
P-Typ angelegt wird, werden Elektronen von dem Halbleiter 216 vom
P-Typ zu dem Halbleiter 214 vom N-Typ getrieben. Wenn die
Elektronen Energie benötigen,
um sich in den Halbleiter 214 vom N-Typ zu bewegen, wird
diese Energie als thermische Energie aufgenommen, und die Wärmeabsorption
ist proportional zu dem angelegten Strom 224. Demgemäß wird die
thermische Energie auf Grundlage der Polarität und Größe der Spannung, die dem Halbleiter 214 vom
N-Typ und dem Halbleiter 216 vom P-Typ durch die Quelle 120 für variable
Spannung angeboten wird, von den Batteriezellen 202, 204, 206 entfernt
oder an diese angelegt.
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Unter
weiterem Bezug auf eine der Batteriezellen 202, 204, 206 (d.
h. Batteriezelle 206) und eine der thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 (d.
h. die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 212) aus
Gründen
der Einfachheit und Klarheit wird die thermische Energie, die von
der Batteriezelle 206 entfernt oder an diese angelegt wird,
durch ein Element der thermoelektrischen Halbleitervorrichtung 212 in
der Form einer thermisch leitenden Rippe 226 geleitet,
die mit der keramischen Platte 222 und einer Fläche der
Batteriezelle 206 gekoppelt ist. Bei einem Beispiel einer
Kühlung
der Batteriezelle 206 resultiert eine positive Spannung,
die an die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 212 angelegt
ist, in einer Kühlung
der thermisch leitenden Rippe 226 und der Batteriezelle 206,
und die mit der Wärmeübertragungsschleife 102 gekoppelte
keramische Platte 220 wird entfernt, und die Wärme wird
durch das Wärmeübertragungsfluid 108 zur
Kühlung
durch den Radiator 110 entfernt (siehe 1).
Umgekehrt resultiert bei einem Beispiel einer Erwärmung der Batteriezelle 206 eine
negative Spannung, die an die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 212 angelegt wird,
in einer Erwärmung
der thermisch leitenden Rippe 226 und der Keramikplatte 220,
die mit der Wärmeübertragungsschleife 102 gekoppelt
ist, und Wärme
wird der Batteriezelle 206 hinzugesetzt und von dem Wärmeübertragungsfluid 108 entfernt.
Für die
thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 und
die Beziehung dieser Vorrichtungen in Bezug auf die Batteriezellen 202, 204, 206 existieren alternative
Konfigurationen und Anordnungen.
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Bezug
nehmend auf 3 ist eine derartige alternative
Konfiguration und Anordnung für
die Batteriepackung 104 von 1 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
gezeigt. Zumindest eine der thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen
(beispielsweise die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 210 oder
die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 212) ist zwischen
zwei der Batteriezellen (beispielsweise Batteriezelle 204 und
Batteriezelle 206) angeordnet. Aufgrund dieser L-Form der
thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 ist
die thermisch leitende Rippe 226, die bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
verwendet ist, nicht mehr notwendig. Die Keramikplatten 220, 222 der
thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 sind
in einer im Wesentlichen rechtwinkligen Beziehung in Bezug zueinander
positioniert. Eine der Keramikplatten (beispielsweise Keramikplatte 220)
ist in Kontakt mit der Wärmeübertragungsschleife 102 angeordnet,
wie in 2 gezeigt ist, und die andere Keramikplatte (beispielsweise
Keramikplatte 222) ist in Kontakt mit der Batteriezelle 206 angeordnet.
Diese Konfiguration und Anordnung der thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 in
Bezug auf die Batteriezellen 202, 204, 206 sorgt
für eine
verbesserte Verteilung einer Erwärmung
und Kühlung,
da die Wärme
nicht durch die thermisch leitende Rippe geleitet werden muss. Zusätzliche
Verbesserungen sind mit dieser Konfiguration und Anordnung, wie
in 2 gezeigt ist, ebenfalls verfügbar, und es sind auch Verbesserungen
mit der Konfiguration und Anordnung des Batteriesystems 100,
wie in 1 gezeigt ist, verfügbar.
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Beispielsweise
und mit fortgesetztem Bezug auf 3 können Quellen 302, 304, 306 für variable Spannung
sowie Temperatursensoren 308, 310, 312 jeder
der Batteriezellen 202, 204, 206 und
thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212 zugeordnet
werden. Der Controller 118 ist derart konfiguriert, dass
er ein Signal von jedem der Temperatursensoren 308, 310, 312 aufnimmt,
das eine Temperatur der einzelnen Batteriezellen 202, 204, 206 angibt.
Der Controller 118 ist ferner derart konfiguriert, dass
er die Spannung der Quellen 302, 304, 306 für variable
Spannung, die individuell an die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 208, 210, 212 angelegt wird,
was in der Fähigkeit
resultiert, die Batteriezellen 202, 204, 206 individuell
zu erwärmen
oder zu kühlen,
zumindest teilweise auf Grundlage von Bewertungen der Temperaturen
durch den Controller 118 individuell einstellt. Die individuellen
thermoelektrischen Halbleitervorrichtungen 208, 210, 212,
die jeder der Batteriezellen 202, 204, 206 zugeordnet
sind, sorgen für
eine signifikante Flexibilität,
Vereinfachung und Wirkungsgrad in der Batteriepackung 104 und
können
auch dazu verwendet werden, andere Komponenten des Batteriesystems
als ein Ganzes zu verbessern.
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Beispielsweise
und unter Bezugnahme auf 4 ist ein Batteriesystem 400 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
gezeigt. Das Batteriesystem 400 umfasst, ist jedoch nicht
darauf beschränkt,
die Wärmeübertra gungsschleife 102,
die bevorzugt eine einzelne Wärmeübertragungsschleife
ist, wie vorher in dieser detaillierten Beschreibung beschrieben
wurde. Zusätzlich
umfasst das Batteriesystem 400 eine Pumpe 106 und
Wärmeübertragungsfluid 108,
wie zuvor beschrieben wurde, jedoch ist der Radiator 110,
wie in 1 gezeigt ist, durch eine Platte 402 für thermischen
Austausch ersetzt worden. Die Platte 402 für thermischen
Austausch ist mit einer thermoelektrischen Halbleitervorrichtung 406 gekoppelt.
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Bei
dieser Ausführungsform
des Batteriesystems 400 besitzt die Platte 402 für thermischen
Austausch zehn (10) Halbleiterpaare vom N-Typ und P-Typ 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426.
Jedoch kann gemäß dieser
Ausführungsform eine
geringere oder größere Anzahl
von Halbleiterpaaren vom N-Typ und P-Typ verwendet werden. Die Halbleiterpaare
vom N-Typ und P-Typ 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, 426 sind
durch Metallbrücken 428 getrennt
und zwischen Keramikplatten 430, 432 angeordnet,
die thermische Energie (d. h. Erwärmung und/oder Kühlung) zwischen
dem Wärmeübertragungsfluid 108 und
der Keramikplatte 432 überträgt, die
mit der Platte für
thermischen Austausch 402 gekoppelt ist. Die andere Keramikplatte 430 ist
in einer Erwärmungs-/Kühlungsumgebung angeordnet,
wie einer Umgebungsluftströmung,
und ist auch mit Wärmesenken 434 versehen,
um die Absorption oder Dissipation der thermischen Energie zu unterstützen.
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Bei
dieser Konfiguration sieht das Anlegen einer Spannung an die thermoelektrische
Halbleitervorrichtung 406 ein Kühlen des Wärmeübertragungsfluids 108 in
der Wärmeübertragungsschleife 102 und
das Erwärmen
der Umgebungsluft vor und hat die Entfernung von Wärme von
dem Wärmeübertragungsfluid 108 und
eine Kühlung
der Batteriepackung 436 zur Folge, die eine Konfiguration
besitzen kann, wie unter Bezugnahme auf die Batteriepackung 104 von 1 beschrieben
ist, oder eine Konfigu ration besitzen kann, die nicht die thermoelektrischen
Halbleitervorrichtungen, Sensoren und oder Quellen für variable
Spannung enthält,
wie vorher unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben wurde.
Umgekehrt sieht ein Anlegen einer Spannung mit entgegengesetzter
Polarität
an die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 406 eine
Erwärmung
des Wärmeübertragungsfluids
in der einzelnen Wärmeübertragungsschleife
und das Kühlen
der Umgebungsluft vor, was schließlich in dem Zusatz von Wärme (engl.: ”head”) zu dem
Wärmeübertragungsfluid 108 und
einer Erwärmung
der Batteriepackung 436 resultiert. Daher kann die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 406 die
thermische Steuerung der Batteriepackung 436 vorsehen,
wenn die Batteriepackung 436 nicht eine oder mehrere Halbleitervorrichtungen
aufweist, oder die thermoelektrische Halbleitervorrichtung 406 kann
die thermische Steuerung der Batteriepackung 436 ergänzen, wenn
die Batteriepackung 436 eine oder mehrere Halbleitervorrichtungen
aufweist, die eine thermische Regelung innerhalb des Gehäuses bereitstellen.
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Während zumindest
eine beispielhafte Ausführungsform
in der vorhergehenden Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung
dargestellt worden ist, sei zu verstehen, dass eine breite Anzahl
von Variationen existiert. Beispielsweise kann/können gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
die thermoelektrische(n) Halbleitervorrichtung(en) dazu verwendet
werden, elektrische Energie zu erzeugen, wenn eine Temperaturdifferenz
zwischen der Batterie (engl.: ”batter”) und Umgebungsluft
vorhanden ist, da der Peltier-Effekt in entgegengesetzter Richtung
wirken würde,
wie vorher in dieser detaillierten Beschreibung beschrieben ist.
Auf diese Art und Weise wird die Temperaturdifferenz dazu verwendet,
eher elektrische Energie zu erzeugen, als elektrische Energie zu
verwenden, um eine Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft
und der Batterie zu erzeugen.
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Es
sei auch angemerkt, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhafte
Ausführungsformen
nur Beispiele und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang, die
Anwendbarkeit oder die Konfiguration auf irgendeine Art und Weise
zu beschränken.
Vielmehr stellen die vorhergehende Zusammenfassung und detaillierte
Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Plan zur Implementierung zumindest
einer beispielhaften Ausführungsform
bereit, wobei zu verstehen sei, dass verschiedene Änderungen
in der Funktion und Anordnung von Elementen, die in einer beispielhaften
Ausführungsform beschrieben
sind, durchgeführt
werden können, ohne
von dem Schutzumfang, der in den angefügten Ansprüchen und deren legalen Äquivalenten
dargestellt ist, abzuweichen.